光伏系统将太阳的辐射转换为可用电力。 它包括太阳能电池阵列和系统组件的平衡。 光伏系统可以按照各个方面进行分类，例如，并网与独立系统，建筑集成与机架安装系统，住宅与公用系统，分布式与集中式系统，屋顶与地面安装系统，跟踪与固定倾斜系统，以及新建和改造后的系统。 其他区别可能包括：微型逆变器与中央逆变器的系统，使用晶体硅与薄膜技术的系统，以及具有中国与欧洲和美国制造商的模块的系统。
大约99％的欧洲和90％的美国太阳能系统都连接到电网，而离网系统在澳大利亚和韩国更为常见.PV系统很少使用电池存储。 随着政府对分布式能源存储的激励措施的实施以及存储解决方案的投资逐渐在小型系统中变得经济可行，这可能很快就会发生变化。 典型的住宅光伏系统的太阳能电池阵列安装在屋顶上，而不是集成到建筑物的屋顶或立面中，因为这显然更昂贵。 公用事业规模的太阳能发电站是地面安装的，具有固定的倾斜太阳能电池板，而不是使用昂贵的跟踪设备。 晶体硅是世界上90％的太阳能电池组件中使用的主要材料，而竞争对手的薄膜近年来已经失去了市场份额.20大约70％的太阳能电池和组件都在中国和台湾生产，只留下5个对于欧洲和美国制造商的百分比.12小型屋顶系统和大型太阳能发电站的装机容量正在快速增长并且数量相等，尽管公用事业规模系统有明显趋势，因为对新装置的关注是从欧洲转移到阳光充足的地区，例如美国的阳光地带，与地面安装的太阳能农场不太相反，投资者更加强调成本效益。
在技术进步和制造规模和复杂程度提高的推动下，光伏发电的成本不断下降。 全世界分布着数百万个光伏系统，大部分位于欧洲，仅在德国就有140万个系统，在美国只有北美，有44万个系统，传统太阳能组件的能量转换效率从15％提高到20％在过去的10年中，光伏系统在大约2年内回收了其制造所需的能源。 在特别照射的地方，或使用薄膜技术时，所谓的能源回收时间减少到一年或更短.33净计量和财政激励措施，例如太阳能发电的优惠上网电价，也有在许多国家大力支持光伏系统的安装。 在不断扩大的地理区域列表中，大规模光伏系统的电力平准化成本与传统电力源相比具有竞争力，并且在大约30个不同的国家实现了电网平价。
截至2015年，快速增长的全球光伏市场正在迅速接近200吉瓦大关 – 约为2006年装机容量的40倍。光伏系统目前对全球发电贡献约1％。 目前，中国，日本和美国的光伏系统的顶级安装人员目前在中国，日本和美国，而世界上一半的产能安装在欧洲，德国和意大利通过太阳能光伏供应其各自国内电力消耗的7％至8％。 国际能源署预计，到2050年，太阳能发电将成为世界上最大的电力来源，太阳能光伏发电和聚光太阳能发电将分别占全球需求的16％和11％。
电网连接
并网系统连接到较大的独立电网（通常是公共电网），并将能量直接馈入电网。 在收入测量点之前或之后，该能量可由住宅或商业建筑共享。 不同之处在于，计入的能源产量是独立于客户的能源消耗（上网电价）计算还是仅根据能源的差异（净计量）计算。 并网系统的尺寸从住宅（2-10 kWp）到太阳能发电站（MWp高达10s）不等。 这是分散式发电的一种形式。 向电网馈电需要通过特殊的同步并网逆变器将DC转换为AC。 在千瓦级安装中，直流侧系统电压高达允许值（通常为1000V，美国住宅600V除外）以限制欧姆损耗。 大多数模块（60或72个晶体硅电池）在36伏特下产生160W至300W的功率。 有时需要或希望部分地并联连接模块而不是全部串联连接。 串联连接的一组模块称为“串”。
其他系统
本节包括高度专业化且不常见的系统，或者仍然是具有有限意义的新兴技术。 但是，独立或离网系统占据特殊的位置。 它们是20世纪80年代和90年代最常见的系统类型，当时PV技术仍然非常昂贵，并且是小规模应用的纯利基市场。 只有在没有电网的地方，它们才具有经济可行性。 尽管全世界仍在部署新的独立系统，但它们对整体安装光伏容量的贡献正在下降。 在欧洲，离网系统占装机容量的1％。 在美国，它们占约10％。 离网系统在澳大利亚和韩国以及许多发展中国家仍然很常见。
CPV
聚光光伏（CPV）和高聚光光伏（HCPV）系统使用光学透镜或曲面镜将太阳光聚集到小而高效的太阳能电池上。 除了聚光光学系统外，CPV系统有时还使用太阳能跟踪器和冷却系统，而且价格昂贵。
特别是HCPV系统最适合具有高太阳辐照度的场所，将太阳光聚集到400倍或更多，效率高达24-28％，超过常规系统。 CPV和HCPV系统的各种设计是可商购的，但不是很常见。 但是，正在进行持续的研究和开发。
CPV经常与不使用光伏发电的CSP（聚光太阳能）相混淆。 这两种技术都有利于接收大量阳光并直接相互竞争的地点。
混合动力
混合动力系统将PV与其他形式的发电相结合，通常是柴油发电机。 也使用沼气。 另一种生成形式可以是能够根据需求调节功率输出的类型。 然而，可以使用多于一种可再生形式的能量，例如风。 光伏发电用于减少不可再生燃料的消耗。 混合系统最常见于岛屿上。 德国的Pellworm岛和希腊的Kythnos岛都是值得注意的例子（两者都与风相结合）。 Kythnos工厂的柴油消耗量减少了11.2％。
2015年，在七个国家进行的案例研究得出结论，在所有情况下，通过混合小型网格和隔离网格可以降低生成成本。 然而，这种混合动力车的融资成本至关重要，在很大程度上取决于发电厂的所有权结构。 虽然国有公用事业的成本降低幅度很大，但该研究还发现，对于非公用事业公司，如独立电力生产商而言，经济效益微不足道甚至是负面的。
最近的研究表明，通过在美国部署PV + CHP混合系统的分布式网络，可以提高光伏普及率。分析美国代表性单户住宅的太阳能通量，电力和供暖需求的时间分布，并且结果清楚地表明，将CHP与PV杂交可以使得额外的PV部署能够高于传统的集中式发电系统。 该理论通过使用每秒太阳能通量数据的数值模拟再次确认，以确定通过相对小且廉价的电池系统可以为这种混合系统提供必要的电池备用。 此外，大型PV + CHP系统可用于机构建筑，这再次为间歇性PV提供备份并减少CHP运行时间。
PVT系统（混合PV / T），也称为光伏热混合太阳能集热器，将太阳辐射转换成热能和电能。 这种系统以互补的方式将太阳能（PV）模块与太阳能集热器组合。
CPVT系统。 聚光光伏热混合（CPVT）系统类似于PVT系统。 它使用聚光光伏（CPV）代替传统的光伏技术，并将其与太阳能集热器结合使用。
CPV / CSP系统。 最近提出了一种新颖的太阳能CPV / CSP混合系统，其将聚光器光伏器件与聚光太阳能（CSP）的非PV技术相结合，或者也称为聚光太阳能热。
光伏柴油系统。 它结合了光伏系统和柴油发电机。 与其他可再生能源的组合是可能的，包括风力涡轮机。
浮动太阳能电池阵
浮动太阳能电池阵列是浮在饮用水水库，采石场湖泊，灌溉渠道或修复和尾矿池表面的光伏系统。 当这些系统用于协同增强水产养殖时，这些系统仅用于电气生产或“aquavoltaics”时称为“floatovoltaics”。法国，印度，日本，韩国，英国，新加坡和美国存在少量此类系统。
据说这些系统比陆地上的光伏发电具有优势。 土地成本更加昂贵，并且建造在不用于娱乐的水体上的建筑物的规则和法规较少。 与大多数陆基太阳能植物不同，浮动阵列可以不引人注目，因为它们不受公众视野的影响。 它们比陆地上的PV板具有更高的效率，因为水可以冷却板。 面板具有特殊涂层，可防止生锈或腐蚀。
2008年5月，位于加利福尼亚州奥克维尔的Far Niente酒厂开创了世界上第一个浮法光伏系统，在130个浮筒上安装了总容量为477千瓦的994个太阳能光伏组件，并将它们漂浮在酒厂的灌溉池上。 这种系统的主要好处是它避免了牺牲可用于其他目的的宝贵土地面积的需要。 就Far Niente酒庄而言，它节省了陆地系统所需的四分之三英亩。 浮法光伏系统的另一个好处是，面板保持在比它们在陆地上更低的温度，从而导致更高的太阳能转换效率。 浮动PV阵列还减少了通过蒸发损失的水量并抑制藻类的生长。
公用事业规模的浮动光伏电站正在建设中。 跨国电子和陶瓷制造商京瓷将使用50,000块太阳能电池板，在千叶县山仓坝上方的水库上开发世界上最大的13.4兆瓦农场。 耐盐水的浮动农场也被考虑用于海洋，在泰国进行实验。 迄今为止规模最大的浮法光伏项目是位于巴西亚马逊地区的350兆瓦发电站。
直流电网
直流电网存在于电力运输中：铁路电车和无轨电车。 已经建造了一些用于此类应用的试验工厂，例如汉诺威莱因豪森的电车仓库，使用光伏贡献者和日内瓦（Bachet de Pesay）。 150 kWp的日内瓦现场直接向有轨电车/无轨电车网络供电600V DC，而在1999年开通时，它提供了约15％的电力。
独立
独立或离网系统未连接到电网。 独立系统的尺寸和应用范围差异很大，从手表或计算器到远程建筑物或航天器。 如果要独立于太阳辐射供应负载，则产生的电力被存储并用电池缓冲。 在重量不成问题的非便携式应用中，例如在建筑物中，铅酸电池最常用于其低成本和耐滥用性。
充电控制器可以包含在系统中，以避免电池因过度充电或放电而损坏。 它还可以使用最大功率点跟踪技术（MPPT）来帮助优化太阳能电池阵列的生产。 然而，在PV模块电压与电池电压匹配的简单PV系统中，通常认为使用MPPT电子器件是不必要的，因为电池电压足够稳定以提供来自PV模块的近似最大功率收集。 在小型设备（例如计算器，停车计时器）中，仅消耗直流电（DC）。 在较大的系统（例如建筑物，远程水泵）中，通常需要AC。 为了将DC从模块或电池转换为AC，使用逆变器。
在农业环境中，阵列可用于直接为DC泵供电，而无需逆变器。 在诸如山区，岛屿或其他没有电网的地方的远程设置中，太阳能电池阵列可以用作唯一的电源，通常通过给蓄电池充电。 独立系统与微型发电和分布式发电密切相关。
Pico光伏系统
最小的，通常是便携式光伏系统被称为微微太阳能PV系统或微微太阳能。 他们大多将可充电电池和充电控制器与非常小的PV面板结合在一起。 该面板的标称容量仅为几瓦特峰值（1-10 Wp），面积不到十分之一平方米，或一平方英尺。 各种不同的应用可以是太阳能供电，如音乐播放器，风扇，便携式灯具，安全灯，太阳能照明套件，太阳能灯和路灯（见下文），手机充电器，收音机，甚至小型，7英寸LCD电视机运行不到10瓦。 由于皮科水电发电的情况如此，微微光伏系统在仅需要少量电力的小型农村社区中非常有用。 由于许多电器的效率已大大提高，特别是由于LED灯和高效可充电电池的使用，微微太阳能已成为一种经济实惠的替代品，特别是在发展中国家。 公制前缀pico-代表万亿分之一，表示系统电力的小。
太阳能路灯
太阳能路灯凸起的光源由通常安装在照明结构上的光伏板供电。 这种离网PV系统的太阳能电池阵列对可充电电池充电，该可充电电池在夜间为荧光灯或LED灯供电。 太阳能路灯是独立的电力系统，并且具有节省挖沟，景观美化和维护成本以及电费的优点，尽管与传统的街道照明相比其具有更高的初始成本。 它们设计有足够大的电池以确保运行至少一周，即使在最糟糕的情况下，它们也只能略微调暗。
电信和信令
太阳能光伏发电理想地适用于电信应用，例如本地电话交换，无线电和电视广播，微波和其他形式的电子通信链路。 这是因为，在大多数电信应用中，蓄电池已经在使用中并且电气系统基本上是DC。在丘陵和山区地形中，由于起伏的地形，无线电和电视信号可能无法到达，因为它们会被阻挡或反射回来。 在这些位置，安装低功率发射器以接收和重新发送当地人口的信号。
太阳能汽车
太阳能车辆，无论是地面，水上，空中还是太空飞行器，都可以从太阳获得其操作所需的部分或全部能量。 地面车辆通常需要比实际尺寸的太阳能电池阵列更高的功率水平，因此电池有助于满足峰值功率需求，并且太阳能电池阵列为其充电。 太空飞行器已成功使用太阳能光伏系统多年运行，消除了燃料或原电池的重量。
太阳能泵
最具成本效益的太阳能应用之一是太阳能泵，因为购买太阳能电池板比运行电力线要便宜得多。 它们经常满足电力线以外的水的需求，取代了风车或风力泵。 一个常见的应用是填充牲畜浇水池，以便放牧牛可以喝。 另一个是在偏远或自给自足的房屋上补充饮用水储水箱。
宇宙飞船
自1958年Vanguard 1发射以来，航天器上的太阳能电池板一直是光伏发电的首批应用之一，这是第一颗使用太阳能电池的卫星。 与Sputnik相反，第一颗绕地球运行的人造卫星，由于缺乏太阳能而在21天内耗尽电池，内太阳系中的大多数现代通信卫星和太空探测器都依赖于太阳能电池板的使用。从阳光中获取电力。
成本和经济
由于生产规模经济和制造业技术进步，生产光伏电池的成本已经下降。 对于大规模安装，到2012年价格低于每瓦1.00美元是常见的。从2006年到2011年，欧洲的价格下降了50％，到2020年有可能将发电成本降低50％。晶体硅太阳能电池已经基本上被较便宜的多晶硅太阳能电池所取代，并且最近还以较低的生产成本开发了薄膜硅太阳能电池。 虽然它们的能量转换效率从单晶“siwafers”降低，但它们也更容易以相对较低的成本生产。
下表显示光伏系统产生的每千瓦时电力的总成本。 左侧的行标题显示了光伏装置的每峰值千瓦（kWp）的总成本。 光伏发电系统的成本一直在下降，据报道，到2014年底德国已降至1389美元/ kWp。顶部的列标题是指每个安装的kWp预计的每千瓦时能量输出。 这因地理区域而异，因为平均日照取决于平均云量和阳光穿过的大气层厚度。 它还取决于太阳相对于面板和地平线的路径。 面板通常以基于纬度的角度安装，并且通常经季节性地调整以适应不断变化的太阳能下降。 太阳能跟踪还可用于接近甚至更垂直的太阳光，从而提高总能量输出。
表中的计算值反映了每千瓦时产生的总成本。 他们假设总资本成本为10％（例如4％的利率，1％的运营和维护成本，以及20年的资本支出折旧）。 通常，光伏模块具有25年的保修期。
| 光伏系统产生的千瓦时成本（美元/千瓦时） 取决于20年运行期间的太阳辐射和安装成本 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 安装 费用 每瓦特$ |
日照每年产生千瓦时 – 每千瓦容量（kWh / kWp•y） | ||||||||||||
| 2400 | 2200 | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1200 | 1000 | 800 | |||||
| $ 0.20 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.3 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.5 | ||||
| $ 0.60 | 2.5 | 2.7 | 3.0 | 3.3 | 3.8 | 4.3 | 5 | 6 | 7.5 | ||||
| $ 1.00包装 | 4.2 | 4.5 | 5 | 5.6 | 6.3 | 7.1 | 8.3 | 10.0 | 12.5 | ||||
| $ 1.40 | 5.8 | 6.4 | 7 | 7.8 | 8.8 | 10.0 | 11.7 | 14.0 | 17.5 | ||||
| $ 1.80 | 7.5 | 8.2 | 9 | 10.0 | 11.3 | 12.9 | 15.0 | 18.0 | 22.5 | ||||
| $ 2.20 | 9.2 | 10.0 | 11.0 | 12.2 | 13.8 | 15.7 | 18.3 | 22.0 | 27.5 | ||||
| $ 2.60 | 10.8 | 11.8 | 13.0 | 14.4 | 16.3 | 18.6 | 21.7 | 26.0 | 32.5 | ||||
| $ 3.00 | 12.5 | 13.6 | 15.0 | 16.7 | 18.8 | 21.4 | 25.0 | 30.0 | 37.5 | ||||
| $ 3.40 | 14.2 | 15.5 | 17.0 | 18.9 | 21.3 | 24.3 | 28.3 | 34.0 | 42.5 | ||||
| $ 3.80 | 15.8 | 17.3 | 19.0 | 21.1 | 23.8 | 27.1 | 31.7 | 38.0 | 47.5 | ||||
| $ 4.20 | 17.5 | 19.1 | 21.0 | 23.3 | 26.3 | 30.0 | 35.0 | 42.0 | 52.5 | ||||
| $ 4.60 | 19.2 | 20.9 | 23.0 | 25.6 | 28.8 | 32.9 | 38.3 | 46.0 | 57.5 | ||||
| $ 5.00 | 20.8 | 22.7 | 25.0 | 27.8 | 31.3 | 35.7 | 41.7 | 50.0 | 62.5 | ||||
笔记：
|
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系统成本2013
在其2014年版“技术路线图：太阳能光伏能源”报告中，国际能源署（IEA）公布了2013年8个主要市场的住宅，商业和公用事业规模光伏系统的每瓦特美元价格。
| 美元/ W | 澳大利亚 | 中国 | 法国 | 德国 | 意大利 | 日本 | 英国 | 美国 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 住宅 | 1.8 | 1.5 | 4.1 | 2.4 | 2.8 | 4.2 | 2.8 | 4.9 |
| 广告 | 1.7 | 1.4 | 2.7 | 1.8 | 1.9 | 3.6 | 2.4 | 4.5 |
| 公用事业规模 | 2.0 | 1.4 | 2.2 | 1.4 | 1.5 | 2.9 | 1.9 | 3.3 |
| 资料来源 ：IEA – 技术路线图：太阳能光伏能源报告 | ||||||||
光伏系统在平准化电力成本（LCOE）方面展示了学习曲线，每增加一倍的容量，每千瓦时的成本降低32.6％。 根据国际可再生能源署（IRENA）2010年至2017年的LCOE数据和累计装机容量，光伏系统的学习曲线方程如下：
LCOE：电力平准化成本（美元/千瓦时）
容量：光伏系统的累计装机容量（兆瓦）
规
标准化
越来越多地使用光伏系统并将光伏发电集成到现有结构和供应和分配技术中，增加了光伏组件和系统的一般标准和定义的价值。 该标准由国际电工委员会（IEC）编制，适用于电池，模块，模拟程序，插头连接器和电缆，安装系统，逆变器整体效率等的效率，耐用性和安全性。
规划和许可
虽然“国家电气规范”第690条规定了光伏系统安装的一般准则，但这些准则可能会被当地法律法规所取代。 通常需要许可证才能在工作开始之前提交计划和结构计算。 此外，许多场所要求在持照电工的指导下进行工作。 请与当地的市/县AHJ（有管辖权的机构）核实，以确保遵守任何适用的法律或法规。
在美国，拥有管辖权的机构（AHJ）将在施工合法开始之前审查设计和颁发许可证。 电气安装实践必须符合国家电气规范（NEC）中规定的标准，并由AHJ进行检查，以确保符合建筑规范，电气规范和消防安全规范。 司法管辖区可能要求至少有一个国家认可的测试实验室（NRTL）对设备进行测试，认证，列出和标记。 尽管安装过程复杂，但最近的太阳能承包商名单显示，自2000年以来，大多数安装公司都成立了。
国家法规
英国
在英国，光伏装置通常被认为是允许开发，不需要规划许可。 如果该物业被列入或在指定区域（国家公园，杰出自然风景区，特殊科学兴趣点或Norfolk Broads），则需要获得规划许可。
美国
在美国，许多地方需要许可才能安装光伏系统。 并网系统通常需要有执照的电工来建立系统与建筑物的并网布线之间的连接。 符合这些资格的安装人员几乎遍布每个州。 加利福尼亚州禁止房主协会限制太阳能设备。
西班牙
虽然西班牙通过光伏和其他可再生能源产生约40％的电力，而韦尔瓦和塞维利亚等城市每年的日照时间近3000小时，西班牙已发放太阳能税，以解释由此所做的投资所产生的债务。西班牙政府。 那些没有连接到电网的人可能面临高达3000万欧元（4000万美元）的罚款。
限制
光伏生产中的污染与能源
PV已经成为产生清洁，无排放电力的众所周知的方法。 PV系统通常由PV模块和逆变器（改变DC到AC）制成。 PV模块主要由PV电池制成，与制造计算机芯片的材料没有根本区别。 生产PV电池（计算机芯片）的过程是能量密集型的并且涉及高毒性和环境有毒的化学品。 世界上很少有光伏制造工厂生产光伏组件，其光伏产生的能源。 该措施大大减少了制造过程中的碳足迹。 管理制造过程中使用的化学品受工厂当地法律法规的约束。
对电网的影响
随着屋顶光伏系统水平的不断提高，能量流变为双向。 当本地发电量超过消耗量时，电力输出到电网。 然而，电力网络传统上不是为处理双向能量传输而设计的。 因此，可能会出现一些技术问题。例如，在澳大利亚昆士兰州，截至2017年底，超过30％的家庭拥有屋顶光伏。从2015年开始，着名的加利福尼亚2020鸭子曲线经常出现在很多社区。 当电力从这些光伏家庭流回网络时，可能会出现过电压问题。 有解决方案来管理过电压问题，例如调节光伏逆变器功率因数，分配器级别的新电压和能量控制设备，重新导电线，需求侧管理等。通常存在限制和成本相关的问题。这些解决方案
对电费账单管理和能源投资的启示
电力或能源需求和账单管理中没有银弹，因为客户（站点）具有不同的特定情况，例如不同的舒适/便利需求，不同的电价或不同的使用模式。 电价可能有一些因素，例如每日访问和计量费用，能源费用（基于kWh，MWh）或峰值需求费用（例如，一个月内最高30分钟能耗的价格）。 当电价相当高并且不断增加时，PV是一种很有前景的减少能源充电的选择，例如在澳大利亚和德国。 然而，对于具有高峰需求费用的站点，如果高峰需求主要发生在下午晚些时候到傍晚，例如住宅社区，则PV可能不那么有吸引力。 总体而言，能源投资在很大程度上是一项经济决策，最好根据对运营改进，能源效率，现场发电和能源储存方案的系统评估做出投资决策。