太阳能发电系统的工作原理基于光电效应。当太阳光照射在半导体的p-n结上，光能被转化为新的空穴-电子对。在p-n结电场的作用下，空穴从n型区域向p型区域移动，电子则从p型区域向n型区域移动，当这些电子和空穴在电路中相遇时，就形成了电流，这就是光电效应太阳能电池的工作过程。
太阳能发电有两大主要方式：光—热—电转换和光—电直接转换。
首先，光—热—电转换方式涉及两个步骤。首先，太阳能集热器吸收太阳辐射的热能，将其转换成工质的蒸汽。随后，这些蒸汽驱动汽轮机，进行热—电转换，即能量从热能形式转换为电能。
相比之下，光—电直接转换方式更为直接。它利用光电效应，即太阳能电池将太阳辐射能直接转换为电能。这种电池实质上是半导体光电二极管，当太阳光照射在二极管上，光能被转化为电能，产生电流。多个这样的电池串联或并联，可以形成功率输出较大的太阳能电池阵列。
离网型太阳能发电系统利用太阳能电池板在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池充电；在阴天气或者无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。