Температурата на повърхността на слънцето достига до 6000 ℃, а в него непрекъснато се извършват реакции на ядрен синтез и в космоса се излъчва огромна енергия под формата на радиация. Какви са характеристиките на слънчевата радиация, подобно на радиацията на черното тяло, около 50 % от енергията на слънчевата радиация е във видимия спектър (дължина на вълната 0,4～0,76 микрона), 7 % е в ултравиолетовия спектър (дължина на вълната <0,4 микрона) и 43 % е в инфрачервения спектър (дължина на вълната) >0,76 микрона), като максималната енергия е с дължина на вълната 0,475 микрона. Тъй като дължината на вълната на слънчевата радиация е много по-малка от дължината на вълната на земната и атмосферната радиация (около 3 до 120 микрона), обикновено слънчевата радиация се нарича късовълнова радиация, а земната и атмосферната радиация - дълговълнова радиация. Слънчевата лъчиста енергия, известна също като топлина от слънчевата радиация, е глобален източник на енергия извън Земята. Тя може да бъде разделена приблизително на следните части: пряка слънчева радиация, разсеяна радиация от небето, отразена радиация от повърхността, дълговълнова радиация от земята и дълговълнова радиация от атмосферата.
Пряка слънчева радиация, Слънчевата радиация в горната граница на атмосферата е отслабена в различна степен поради поглъщането, разсейването и отразяването на атмосферните молекули, аерозолите и облаците в атмосферата. Като цяло, тъй като атмосферата има определена селективност към слънчевата радиация с различни дължини на вълната и абсорбционните ленти обикновено са разположени в областите с по-малка енергия в двата края на спектъра на слънчевата радиация, атмосферата отслабва и отслабва пряката слънчева радиация чрез поглъщане. Не е толкова голяма. Относително погледнато, ефектът на разсейване на атмосферата върху слънчевата радиация е една от основните причини за отслабване на енергията на слънчевата радиация. Така нареченият "атмосферен прозорец" се създава благодарение на селективното въздействие на атмосферата върху електромагнитните вълни. Енергията на пряката слънчева радиация, достигаща до земята, може да се изчисли от уравнението за предаване на атмосферната радиация въз основа на ъгъла на слънчевата височина и метеорологичните данни.
Разсеяна слънчева радиация , Сред различните спектрални компоненти на слънчевата радиация, нейната енергия се разсейва във всички посоки от молекулите на въздуха и аерозолите в атмосферата, т.е. разсеяна радиация. Тя се различава от поглъщането на лъчистата енергия от средата. Невъзможно е всяка частица в атмосферата да превърне лъчистата енергия в своя собствена "вътрешна енергия", а само да промени посоката на излъчване. Разсеяната радиация е тясно свързана с размера на частиците в атмосферата, така че има молекулярно разсейване и едрозърнесто разсейване. Енергията и посоката на разсейване също са тясно свързани с вида на разсейването.
Обща слънчева радиация, Сумата от стойността на пряката слънчева радиация и стойността на разсеяната радиация при условия на синьо небе е общата слънчева радиация.
Промените в слънчевата активност и разстоянието между Слънцето и Земята ще предизвикат промени в енергията на слънчевата радиация на горната граница на земната атмосфера. Изчислено е, че енергията, излъчвана от Слънцето към Земята на всеки три дни, се равнява на сумата от енергията на всички изкопаеми горива на Земята. Разпределението на слънчевата радиация се влияе от много фактори, като географска ширина, надморска височина, метеорологични условия и време на слънчево греене и т.н., които следва да се разглеждат комплексно. Най-общо казано, слънчевата радиация постепенно намалява от ниските към високите географски ширини. В районите с голяма надморска височина облаците са тънки и отслабващият ефект на атмосферата върху слънчевата радиация е слаб, а слънчевата радиация е силна. Обратното е вярно в районите с малка надморска височина. В слънчев ден има малко облаци, отслабващият ефект на атмосферата върху слънчевата радиация е слаб, а слънчевата радиация е силна. В една и съща област, колкото по-дълго е времето на слънчево греене, толкова повече слънчева радиация получава тя. Съществуват три начина за използване на слънчевата енергия от хората: фототермично преобразуване, фотоелектрично преобразуване и фотохимично преобразуване.
Фототермичното преобразуване , Преобразуването на светлината в топлинна енергия е събиране на слънчева енергия чрез различни колектори и използване на събраната топлинна енергия в полза на човечеството.
Най-широко разпространеното приложение на слънчевата енергия в началото е било за затопляне на вода и днес в света има милиони слънчеви нагреватели за вода. Слънчевата система за затопляне на вода включва основно три части: колектор, устройство за съхранение и циркулационен тръбопровод.
Използването на слънчевата енергия за отопление през зимата се използва от много години в много студени региони. Тъй като температурата в студената зона е много ниска през зимата, трябва да има отоплително оборудване в помещенията. Ако искате да спестите потреблението на изкопаема енергия, можете да опитате да използвате слънчева енергия. Повечето слънчеви оранжерии използват системи за топла вода, а има и примери за използване на системи за горещ въздух. Слънчевата отоплителна система се състои от слънчев колектор, устройство за съхранение на топлина, спомагателна енергийна система и вътрешна вентилаторна система за отопление. Слънчевата лъчиста топлина се акумулира от работния флуид в колектора и след това отоплява помещението. в момента в Съединените щати са изградени над 1 милион активни слънчеви отоплителни системи и над 250 000 пасивни слънчеви къщи（соларна система за къща）. които разчитат на естествения поток на студен и топъл въздух.
Фотоелектрическото преобразуване е преобразуването на слънчевата енергия в електрическа. Понастоящем слънчевата енергия се използва за производство на електроенергия от слънцето по два начина: единият е топлинното производство на електроенергия, при което първо се използва топлинен колектор за преобразуване на слънчевата енергия в топлинна, а след това се използва парна турбина за преобразуване на топлинната енергия в електрическа; другият е фотоволтаичното производство на електроенергия, при което се използва фотоелектрическият ефект на слънчевите панели. Преобразува слънчевата енергия директно в електричество.
Принцип на работа на слънчевата клетка: Слънчевият панел е устройство, което реагира на светлината и може да преобразува светлинната енергия в електричество. Съществуват много видове материали, които могат да предизвикат фотоволтаичен ефект, като например: монокристален силиций, поликристален силиций, аморфен силиций, галиев арсенид, индий-меден селен и др. Техните принципи на производство на слънчева енергия са в общи линии едни и същи, като за описание на процеса на производство на фотоволтаична енергия се вземат за пример кристалите. Кристалният силиций от P-тип може да се легира с фосфор, за да се получи силиций от N-тип, образувайки P-N преход. Когато светлината облъчва повърхността на соларната клетка, част от фотоните се абсорбират от силициевия материал; енергията на фотоните се предава на силициевите атоми, което води до преход на електроните, превръщайки ги в свободни електрони, които се събират от двете страни на PN-съединението и образуват потенциална разлика. Когато веригата е включена, под действието на това напрежение през външната верига протича ток, който произвежда определена изходна мощност. Същността на този процес е: процес на преобразуване на енергията на фотоните в електрическа енергия. Основата на преобразуването на енергията от слънчеви клетки е фотоволтаичният ефект на съединението. Когато светлината облъчва pn-прехода, се генерира двойка електрон-дупка. Носителите, генерирани в близост до вътрешния преход на полупроводника, достигат областта на пространствения заряд, без да се рекомбинират. Привлечени от вграденото електрическо поле, електроните се вливат в n областта, а дупките - в p. В резултат на това в n областта има излишни електрони, а в p областта - излишни дупки. Те образуват фотогенерирано електрическо поле, което е противоположно на посоката на бариерата в близост до pn прехода. В допълнение към частичното компенсиране на ефекта от електрическото поле на бариерата, фотогенерираното електрическо поле също така прави p-зоната положително заредена, а N-зоната - отрицателно заредена. В тънкия слой между N-зоната и P-зоната се генерира електродвижеща сила, която представлява фотоволтаичен ефект. В този момент, ако външната верига е свързана накъсо, във външната верига протича фототок, който е пропорционален на падащата светлинна енергия. Този ток се нарича ток на късо съединение. От друга страна, ако двата края на PN-прехода са отворени, дупките се вливат съответно в N-зоната и в P-зоната, така че нивото на Ферми на N-зоната е по-високо от нивото на Ферми на P-зоната и се получава потенциална разлика между двете нива на Ферми. Тази стойност може да бъде измерена и се нарича напрежение на отворена верига. Тъй като в този момент пресечната точка е предна, гореспоменатият фототок на късо съединение е равен на предния ток на диода и от това може да се определи стойността на потенциалната разлика. Понастоящем цената на модула на слънчевия панел все още е относително висока. За да се постигне достатъчна мощност на соларния модул, е необходима значителна площ за поставяне на соларни панели.
През 1953 г. в лабораторията Bell Labs в САЩ е разработена първата в света силициева слънчева клетка с ефективност на преобразуване на слънчевата енергия от 0,5 %. През 1994 г. коефициентът на преобразуване на слънчевите фотоволтаични модули (соларни фотоволтаични модули) се е увеличил до 17 %.
Фотохимично преобразуване , Фотохимично преобразуване означава преобразуване на слънчевата енергия първо в химична енергия, а след това в друга енергия, например електрическа. Знаем, че растенията разчитат на хлорофила, за да преобразуват светлинната енергия в химическа, за да постигнат своя растеж и възпроизводство. Ако тайната на фотохимичното преобразуване бъде разкрита, изкуственият хлорофил може да се използва за генериране на електроенергия. Понастоящем фотохимичното преобразуване на слънчевата енергия се проучва и изследва активно.