能量密度，指单位能源介质能够释放出的能量，这个单位可以是单位重量、单位体积，或者单位面积。例如，讨论煤炭的时候，我们所说的热值，就是单位重量所能够释放的能量，通常以“热值”来表示。而对于石油或天然气等流体，既可以用重量（每克多少千卡），也可以用单位体积的能量来表示，如对于天然气通常以每立方米多少千卡热量来表示。
传统能源的能量密度是很高的，例如，一车厢煤炭能够让火车跑数千公里，能够发出20万度电，足够满足1万个家庭一天的用电需求。汽车加满一箱油，能够跑七八百公里，这就是能量密度高的好处。能量密度高，还使得传统能源便于储存和运输，无论是煤仓还是储罐，一个几十亩的地方，就能够储存供几十万户居民一个月的能源消费所需的煤炭和石油。
光伏发电的能量密度低，不是光伏发电组件的问题，而是阳光照射到地上的能量密度就很低，由于接受光照是按照面积计算的，因而光伏发电的能量密度也以单位面积计算。晴天的中午，照射到地面上每平方米的阳光的总能量功率大约是1千瓦，如果光伏发电的转换效率按照20%计算，那么，每平方米光伏组件的功率就是200瓦。如果按照现代城市家庭每户5KW的用电功率计算，1万户的家庭用电，需要25万平方米的光伏组件，如果考虑到每天光伏发电的小时数，这个面积可能还要大上两到三倍，也就是一到两平方公里的光伏电站才能满足1万户的家庭用电。
与石油煤炭相比，光伏的能量密度低似乎的确是一个缺点。但是，如果我们看看电力的用户，就会发现，除了大型工厂和设施以外，绝大多数的电力用户其实需要的能量密度并不高。以居民为例，按照前面每户5KW的功率计算，采用光伏发电大约需要25平米的光伏组件，占有约50平方米左右的屋顶面积，这是绝大多数居民的房屋都能够满足的。而大多数电子、机械、电子工厂，假如厂房的面积是5000平方米，屋顶的光伏组件将能够提供800K的电力（考虑了维护通道），这样的功率在大部分的情况下，能够满足该屋顶下的车间里的设备生产和人员办公的用电。 而农村和城镇，由于建筑高度不大，相对用电功率不大，光伏发电的能量密度更加不是问题。至于农业生产、油田、矿山、野外基地、哨所等地方，光伏发电的能量密度简直是由大自然（另一个名字叫上帝）为这些场合量身定做的。
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