A、灯泡发光时，电源将储存的化学能转化为电能，供灯泡利用，故A说法错误，不合题意；
B、金属导线中发生定向移动的电荷是自由电子，自由电子带负电，故B说法错误，不合题意；
C、读图可知，自由电子逆时针流动，则电流的方向与之相反，故电源的上端为负极，选项C说法错误，不合题意；
D、灯泡只有在有持续电流通过时才会发光，故D说法正确，符合题意．
故选D．