انرژی خورشیدی تابش خورشید تولید گرمامیکندو با ایجاد واکنش های شیمیایی باعث تولید برق میشود. مقدار کل انرژی خورشیدی روی زمین بسیار فراتر از نیازهای انرژی فعلی و پیش بینی شده در جهان است. اگر به طور مناسب مهار شود، این منبع بسیار پراکنده این پتانسیل را دارد که تمام نیازهای انرژی آینده را برآورده کند. در قرن بیست و یکم، انتظار می رود انرژی خورشیدی به دلیل عرضه پایان ناپذیر و ویژگی غیرآلاینده اش، برخلاف سوخت های فسیلی محدودمثل ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر به طور فزاینده ای جذاب شود. خورشید منبع انرژی بسیار قدرتمندی است و نور خورشید تا حد زیادی بزرگترین منبع انرژی دریافتی زمین است، اما شدت آن در سطح زمین در واقع بسیار کم است. این اساساً به دلیل انتشار شعاعی عظیم تابش از دور خورشید است.و تلفات اضافی نسبتاً جزئی به دلیل جو و ابرهای زمین است که تا 54 درصد از نور خورشید ورودی را جذب یا پراکنده می کنند. نور خورشیدی که به زمین می رسد شامل تقریباً 50 درصد نور مرئی، 45 درصد تابش مادون قرمز و مقادیر کمتری از اشعه ماوراء بنفش و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی است. پتانسیل انرژی خورشیدی بسیار زیاد است، زیرا حدود 200000 برابر ظرفیت تولید برق روزانه در جهان هر روز توسط زمین به شکل انرژی خورشیدی دریافت می شود. متأسفانه، اگرچه انرژی خورشیدی رایگان است، اما هزینه بالای جمع آوری، تبدیل و ذخیره سازی آن همچنان بهره برداری از آن را در بسیاری از نقاط محدود می کند. تابش خورشیدی می تواند به انرژی گرمایی (گرما) یا به انرژی الکتریکی تبدیل شود، اگرچه انجام اولین مورد اشاره شده آسان تر است.
انرژی حرارتی حاصله ازخورشید از جمله رایج ترین وسایلی که برای جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی حرارتی استفاده می شود، کلکتورهای جاذب گرما معمولا صفحات تخت هستند که برای کاربردهای گرمایش خورشیدی استفاده می شوند. از آنجایی که شدت تابش خورشید در سطح زمین بسیار کم است، این صفحات کلکتورشده بهم باید از نظر مساحت بزرگ باشند. به عنوان مثال، حتی در مناطق آفتابی مناطق معتدل جهان، یک صفحه کلکتور باید مساحتی در حدود 40 متر مربع (430 فوت مربع) داشته باشد تا انرژی کافی برای تامین انرژی مورد نیاز یک فرد جمع آوری کند. پرکاربردترین کلکتورهای صفحه تخت است که شامل یک صفحه فلزی سیاه شده است که با یک یا دو ورقه شیشه پوشانده شده است که با تابش نور خورشید روی آن گرم می شود. سپس این گرما به هوا یا آب که سیالات حامل نامیده می شوند، منتقل می شود که از پشت صفحه عبور می کنند. گرما ممکن است به طور مستقیم استفاده شود یا ممکن است برای ذخیره سازی به محیط دیگری منتقل شود. صفحات تخت کلکتور معمولا برای آبگرمکن های خورشیدی و گرمایش خانه استفاده می شود. ذخیره گرما برای استفاده در شب یا در روزهای ابری معمولاً با استفاده از مخازن عایق برای ذخیره آب گرم شده در دوره های آفتابی انجام می شود. چنین سیستمی می‌تواند آب گرمی را که از مخزن ذخیره میشود تامین کند، یا با جریان آب گرم شده از طریق لوله‌های کف و سقف، گرمایش فضا را فراهم کند. صفحه تخت کلکتور معمولاً سیالات حامل را تا دمای 66 تا 93 درجه سانتیگراد (150 تا 200 درجه فارنهایت) گرم می کنند. کارایی چنین صفحه تخت کلکتورشده (یعنی نسبت انرژی دریافتی که آنها را به انرژی قابل استفاده تبدیل می کنند) بسته به طراحی کلکتور از 20 تا 80 درصد متغیر است. روش دیگری برای تبدیل انرژی حرارتی در حوضچه های خورشیدی یافت می شود که توده های آب نمکی هستند که برای جمع آوری و ذخیره انرژی خورشیدی طراحی شده اند. گرمای استخراج شده از این حوضچه ها امکان تولید مواد شیمیایی، مواد غذایی، منسوجات و سایر محصولات صنعتی را فراهم می کند و همچنین می تواند برای گرم کردن گلخانه ها، استخرهای شنا و ساختمان های دامداری استفاده شود. گاهی اوقات از حوضچه های خورشیدی برای تولید الکتریسیته از طریق استفاده از موتور چرخه رانکین آلی استفاده می شود که وسیله ای نسبتاً کارآمد و اقتصادی برای تبدیل انرژی خورشیدی است که به ویژه در مکان های دورافتاده مفید است. نصب و نگهداری حوضچه های خورشیدی نسبتاً گران است و عموماً به مناطق گرم روستایی محدود می شوند. در مقیاس کوچک‌تر، انرژی خورشید می‌تواند برای پختن غذا در اجاق‌های خورشیدی ویژه طراحی شده نیز به کار گرفته شود. کوره های خورشیدی معمولاً نور خورشید را از یک منطقه وسیع به یک نقطه مرکزی متمرکز می کنند، جایی که یک ظرف با سطح سیاه، نور خورشید را به گرما تبدیل می کند. کوره ها معمولا قابل حمل هستند و نیازی به ورودی سوخت دیگری ندارند.
تولید برق با تابش خورشیدی ممکن است مستقیماً توسط سلول های خورشیدی (سلول های فتوولتائیک) به برق تبدیل شود. در چنین سلول هایی، هنگامی که نور به محل اتصال یک فلز و یک نیمه هادی (مانند سیلیکون) یا اتصال بین دو نیمه هادی مختلف برخورد می کند، ولتاژ الکتریکی کوچکی تولید می شود. توان تولید شده توسط یک سلول فتوولتائیک به طور معمول فقط حدود دو وات است. با اتصال تعداد زیادی از سلول های جداگانه به یکدیگر، اما، مانند پنل خورشیدی، صدها یا حتی هزاران کیلووات برق می تواند در یک نیروگاه برق خورشیدی یا در یک مقیاس خانگی تولید شود. راندمان انرژی بیشتر سلول‌های فتوولتائیک امروزی تنها حدود 15 تا 20 درصد است، و از آنجایی که شدت تابش خورشید در ابتدا کم است، مجموعه‌های بزرگ و پرهزینه چنین سلول‌هایی برای تولید حتی درمقادیر متوسطی از نیرو مورد نیاز است. سلول‌های فتوولتائیک کوچکی که با نور خورشید یا نور مصنوعی کار می‌کنند، کاربرد عمده‌ای در کاربردهای کم مصرف پیدا کرده‌اند - به عنوان مثال، به عنوان منابع انرژی برای ماشین حساب‌ها و ساعت‌ها. واحدهای بزرگتر برای تامین برق پمپ های آب و سیستم های ارتباطی در مناطق دور افتاده و ماهواره های آب و هوا و ارتباطات استفاده شده است. پانل‌های سیلیکونی کریستالی کلاسیک و فن‌آوری‌های نوظهور با استفاده از سلول‌های خورشیدی لایه نازک، از جمله فتوولتائیک‌های یکپارچه در ساختمان‌ها، می‌توانند توسط صاحبان خانه و مشاغل بر روی پشت بام‌هایشان نصب شوند تا منبع برق معمولی را جایگزین یا تقویت کنند. نیروگاه های خورشیدی متمرکز از متمرکز کردن نور خورشید دریافتی از یک منطقه وسیع روی یک دریافت کننده باسطح سیاه استفاده می کنند و در نتیجه شدت نور را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند تا دماهی بالای تولید شود. تجهیزاتی از آینه‌ها یا عدسی‌هایی که به‌دقت تراز شده‌اند می‌توانند نور خورشید را به اندازه کافی متمرکز کنند تا هدف را تا دمای 2000 درجه سانتیگراد (3600 درجه فارنهایت) یا بیشتر گرم کنند. این گرما سپس می تواند برای راه اندازی دیگ بخار استفاده می شود که به نوبه خود بخار برای نیروگاه ژنراتور الکتریکی توربین بخار تولید می کند. برای تولید مستقیم بخار، آینه‌های متحرک را می‌توان به گونه‌ای چیدمان کرد که مقادیر زیادی از تابش خورشید را بر روی لوله‌های سیاه‌شده متمرکز کند که آب از طریق آنها به گردش در می‌آید و در نتیجه گرم میشود.
انرژی خورشیدی کاربردهای دیگر انرژی خورشیدی نیز در مقیاس کوچک برای مقاصدی غیر از مواردی که در بالا توضیح داده شد استفاده می شود. به عنوان مثال در برخی کشورها از انرژی خورشیدی برای تولید نمک از آب دریا از طریق تبخیر استفاده می شود. به طور مشابه، واحدهای نمک‌زدایی با انرژی خورشیدی، با تبدیل انرژی خورشید به گرما، به طور مستقیم یا غیرمستقیم، آب نمک را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کنند تا فرآیند نمک‌زدایی را پیش ببرند. فناوری خورشیدی همچنین برای تولید پاک و تجدیدپذیر هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی جایگزین پدید آمده است. برگ‌های مصنوعی با تقلید از فرآیند فتوسنتز، دستگاههای مبتنی بر سیلیکون هستند که از انرژی خورشیدی برای تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کنند و عملا هیچ آلاینده‌ای باقی نمی‌گذارند. کار بیشتری برای بهبود کارایی و مقرون به صرفه بودن این دستگاه ها برای مصارف صنعتی مورد نیاز است.
