Temperatura powierzchni Słońca wynosi aż 6000 ℃, a w jego wnętrzu nieustannie zachodzą reakcje syntezy jądrowej i ogromna energia jest emitowana w przestrzeń kosmiczną w postaci promieniowania. Jakie są cechy promieniowania słonecznego, podobne do promieniowania ciała doskonale czarnego, około 50% energii promieniowania słonecznego jest w widmie widzialnym (długość fali 0,4～0,76 mikrona), 7% jest w widmie ultrafioletowym (długość fali <0,4 mikrona), a 43% jest w widmie podczerwonym (długość fali) >0,76 mikrona), maksimum energii jest przy długości fali 0,475 mikrona. Ponieważ długość fali promieniowania słonecznego jest znacznie mniejsza niż długość fali promieniowania ziemi i atmosfery (około 3 do 120 mikronów), zwykle nazywa się promieniowanie słoneczne promieniowaniem krótkofalowym, a promieniowanie ziemi i atmosfery promieniowaniem długofalowym. Energia promieniowania słonecznego, zwana również ciepłem z promieniowania słonecznego, jest globalnym źródłem energii poza Ziemią. Można ją z grubsza podzielić na następujące części: bezpośrednie promieniowanie słoneczne, promieniowanie rozproszone nieba, promieniowanie odbite od powierzchni, długofalowe promieniowanie gruntu i długofalowe promieniowanie atmosferyczne.
Bezpośrednie promieniowanie słoneczne, promieniowanie słoneczne w górnej granicy atmosfery jest osłabione w różnym stopniu ze względu na absorpcję, rozpraszanie i odbicie cząsteczek atmosferycznych i aerozoli i chmur w atmosferze. Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ atmosfera ma pewną selektywność w stosunku do promieniowania słonecznego o różnych długościach fal, a pasma absorpcji są na ogół zlokalizowane w regionach o mniejszej energii na obu końcach widma promieniowania słonecznego, atmosfera osłabia i osłabia bezpośrednie promieniowanie słoneczne poprzez absorpcję. Nie tak duże. Relatywnie rzecz biorąc, rozpraszający efekt atmosfery na promieniowaniu słonecznym jest jedną z głównych przyczyn osłabienia energii promieniowania słonecznego. Tak zwane "okno atmosferyczne" powstaje w wyniku selektywnego oddziaływania atmosfery na fale elektromagnetyczne. Energia bezpośredniego promieniowania słonecznego docierającego do ziemi może być obliczona z równania transmisji promieniowania atmosferycznego na podstawie kąta wysokości Słońca i danych meteorologicznych.
Rozproszone promieniowanie słoneczne , Spośród różnych składowych widmowych promieniowania słonecznego, jego energia jest rozpraszana we wszystkich kierunkach przez cząsteczki powietrza i aerozole w atmosferze, czyli promieniowanie rozproszone. Różni się ono od pochłaniania energii promieniowania przez ośrodek. Nie jest możliwe, aby każda cząsteczka w atmosferze zamieniła energię promieniowania na swoją własną "energię wewnętrzną", a jedynie zmieniła kierunek promieniowania. Promieniowanie rozproszone jest ściśle związane z wielkością cząsteczek w atmosferze, dlatego wyróżnia się rozpraszanie molekularne i gruboziarniste. Energia i kierunek rozpraszania są również ściśle związane z rodzajem rozpraszania.
Całkowite promieniowanie słoneczne,Suma wartości bezpośredniego promieniowania słonecznego i wartości promieniowania rozproszonego w warunkach błękitnego nieba to całkowite promieniowanie słoneczne.
Zmiany aktywności słonecznej i odległości między Słońcem a Ziemią powodują zmiany energii promieniowania słonecznego górnej granicy atmosfery ziemskiej. Szacuje się, że energia wypromieniowywana przez Słońce na Ziemię co trzy dni jest równa sumie energii wszystkich paliw kopalnych na Ziemi. Na rozkład promieniowania słonecznego ma wpływ wiele czynników, takich jak szerokość geograficzna, wysokość nad poziomem morza, warunki pogodowe, czas nasłonecznienia itp. Ogólnie rzecz biorąc, promieniowanie słoneczne stopniowo maleje od niskich do wysokich szerokości geograficznych. Chmury są cienkie w obszarach wysokogórskich, a osłabiający wpływ atmosfery na promieniowanie słoneczne jest słaby, a promieniowanie słoneczne jest silne. Odwrotnie jest na obszarach nisko położonych. W słoneczny dzień jest tam mało chmur, osłabiający wpływ atmosfery na promieniowanie słoneczne jest słaby, a promieniowanie słoneczne silne. Na tym samym obszarze, im dłuższy czas nasłonecznienia, tym więcej promieniowania słonecznego. Istnieją trzy sposoby wykorzystania energii słonecznej przez człowieka: konwersja fototermiczna, konwersja fotoelektryczna i konwersja fotochemiczna.
Konwersja fototermiczna, konwersja światła na ciepło, polega na zbieraniu energii słonecznej przez różne kolektory i wykorzystaniu zebranej energii cieplnej w służbie ludzkości.
Najbardziej rozpowszechnionym zastosowaniem energii słonecznej we wczesnych czasach było ogrzewanie wody, a dziś istnieją miliony słonecznych podgrzewaczy wody na świecie. Słoneczny system podgrzewania wody składa się głównie z trzech części: kolektora, urządzenia magazynującego i rurociągu cyrkulacyjnego.
Wykorzystanie energii słonecznej do ogrzewania w zimie jest stosowane od wielu lat w wielu zimnych regionach. Ponieważ temperatura w strefie mroźnej jest bardzo niska w zimie, w pomieszczeniach musi znajdować się sprzęt grzewczy. Jeśli chcesz zaoszczędzić na zużyciu energii kopalnej, możesz spróbować użyć energii słonecznej. Większość szklarni solarnych używa systemów gorącej wody, są też przykłady użycia systemów gorącego powietrza. System ogrzewania słonecznego składa się z kolektora słonecznego, urządzenia do magazynowania ciepła, systemu energii pomocniczej i systemu wentylatorów wewnętrznych. Ciepło promieniowania słonecznego jest przechowywane przez płyn roboczy w kolektorze, a następnie ogrzewa room.At present, the United States has built more than 1 million active solar heating systems and more than 250,000 passive solar houses（solar system for house） które opierają się na naturalnym przepływie zimnego i gorącego powietrza.
Konwersja fotoelektryczna to zamiana energii słonecznej w energię elektryczną. Obecnie energia słoneczna jest wykorzystywana do wytwarzania energii słonecznej na dwa sposoby: jeden to wytwarzanie energii cieplnej, które polega na wykorzystaniu kolektora ciepła do przekształcenia energii słonecznej w energię cieplną, a następnie zastosowaniu turbiny parowej do przekształcenia energii cieplnej w energię elektryczną; drugi to wytwarzanie energii fotowoltaicznej, która wykorzystuje efekt fotoelektryczny paneli słonecznych. Przekształcanie energii słonecznej bezpośrednio w energię elektryczną.
Zasada działania ogniwa słonecznego: Panel słoneczny jest urządzeniem, które reaguje na światło i może przekształcać energię świetlną w energię elektryczną. Istnieje wiele rodzajów materiałów, które mogą wytwarzać efekt fotowoltaiczny, takich jak: krzem monokrystaliczny, krzem polikrystaliczny, krzem amorficzny, arsenek galu, ind miedziany selen i tak dalej. Ich zasady wytwarzania energii słonecznej są w zasadzie takie same, biorąc kryształy jako przykład do opisania procesu wytwarzania energii fotowoltaicznej. Krystaliczny krzem typu P może być domieszkowany fosforem, aby uzyskać krzem typu N, tworząc złącze P-N. Kiedy światło napromieniowuje powierzchnię ogniwa słonecznego, część fotonów jest absorbowana przez materiał krzemowy; energia fotonów jest przenoszona na atomy krzemu, powodując przejście elektronów, stając się wolnymi elektronami, gromadzącymi się po obu stronach złącza PN, tworząc różnicę potencjałów. Gdy obwód jest włączony, pod działaniem tego napięcia, przez obwód zewnętrzny popłynie prąd, który wytworzy określoną moc wyjściową. Istotą tego procesu jest: proces przekształcania energii fotonów w energię elektryczną. Podstawą konwersji energii w ogniwie słonecznym jest efekt fotowoltaiczny złącza. Gdy światło napromieniowuje złącze pn, generowana jest para elektron-dziura. Nośniki powstałe w pobliżu wewnętrznego złącza półprzewodnika docierają do obszaru ładunku przestrzennego bez rekombinacji. Przyciągane przez wbudowane pole elektryczne elektrony przepływają do obszaru n, a dziury do obszaru p. W rezultacie w obszarze n znajduje się nadmiar elektronów, a w obszarze p nadmiar dziur. Tworzą one fotogenerowane pole elektryczne, które jest przeciwne do kierunku bariery w pobliżu złącza pn. Oprócz częściowego zniwelowania efektu barierowego pola elektrycznego, fotogenerowane pole elektryczne sprawia, że strefa p jest naładowana dodatnio, a strefa N ujemnie. Siła elektromotoryczna jest generowana w cienkiej warstwie pomiędzy strefą N i strefą P, co jest efektem fotowoltaicznym. W tym czasie, jeśli obwód zewnętrzny jest zwarty, w obwodzie zewnętrznym płynie fotoprąd proporcjonalny do energii padającego światła. Prąd ten nazywany jest prądem zwarciowym. Z drugiej strony, jeśli oba końce złącza PN są otwarte, dziury przepływają odpowiednio do strefy N i P, tak że poziom Fermiego w strefie N jest wyższy niż poziom Fermiego w strefie P, a między tymi dwoma poziomami Fermiego powstaje różnica potencjałów. Wartość ta może być zmierzona i nazywana jest napięciem obwodu otwartego. Ponieważ złącze jest w tym momencie spolaryzowane do przodu, wspomniany wyżej fotoprąd zwarciowy jest równy prądowi przewodzenia diody i na tej podstawie można określić wartość różnicy potencjałów. Obecnie koszt modułu panelu słonecznego jest nadal stosunkowo wysoki. Aby osiągnąć wystarczającą moc modułu słonecznego, wymagany jest znaczny obszar do umieszczenia paneli słonecznych.
W 1953 r. Bell Labs w Stanach Zjednoczonych opracował pierwsze na świecie krzemowe ogniwo słoneczne o sprawności konwersji słonecznej 0,5%. W 1994 r. sprawność konwersji modułów fotowoltaicznych (solarnych modułów pv) wzrosła do 17%.
Konwersja fotochemiczna, konwersja fotochemiczna oznacza przekształcanie energii słonecznej najpierw w energię chemiczną, a następnie w inną energię, taką jak energia elektryczna. Wiemy, że rośliny polegać na chlorofilu do konwersji energii świetlnej do energii chemicznej w celu osiągnięcia ich własnego wzrostu i reprodukcji. Jeśli tajemnica konwersji fotochemicznej może zostać odkryta, sztuczny chlorofil może być użyty do generowania energii elektrycznej. Obecnie konwersja fotochemiczna jest aktywnie badana i analizowana.