人类利用太阳能已有悠久的历史，在中国的文字记载中起码有3000多年。我国春秋时代就有阳燧取火，这是最古老的太阳能聚焦。在古埃及和希腊，也有许多关于太阳能利用的传说，且不去谈论普罗米修斯盗取天火的神话故事，单就奥运会传统的太阳能圣火，也证明人类对太阳的崇敬。
现代太阳能的利用，绝非人们习以为常的太阳能晒衣物或盐田的生产等，而是具有更科学更高效的利用，包括各种专门的太阳能收集装置，光电转换技术，以及太阳能光化学转换等新技术，有些已属于当代世界高新技术范畴。太阳能的利用已发展成为新的行业。
太阳能资源
计算太阳能的资源，通常要考虑“太阳常数”，这是太阳能技术中的一个重要术语。由于地球绕太阳运行的轨道不是一个圆形，所以，在计算太阳与地球的平均距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线的表面上，每单位面积和单位时间内的太阳辐射能的数值就叫“太阳常数”，一般以焦［耳］/（米2·分）来表示，也可以用瓦/米2来表示。1977年国际辐射委员会规定太阳常数值为1384瓦/米2。简单地说，地面接收太阳能的辐射量约为每平方米1千瓦，这样比较好记。我国地域辽阔，据气象部门的实测资料，全国约有2/3的国土面积太阳能资源比较丰富，特别是西藏、西北和华北地区太阳能辐射强度大，日照时间较长，阴雨天少，年总辐射量可达1500千瓦·时/米2。年日照时数2600—3000/小时。这样的优越自然条件非常适合太阳能的利用。
太阳能热转换
太阳能热转换是指将太阳的辐射能通过集热装置转变为热能后直接利用，或将这种转换来的热变为机械能，带动机器和发电。所以太阳能的热利用非常广泛，主要有太阳灶、太阳冶炼炉、太阳热水器、太阳房、太阳能制冷、太阳干燥器、太阳蒸馏器、太阳热力机和太阳热发电等等。
太阳灶
将收集的太阳热用于炊事的设备叫太阳灶，它可以代替普通炉灶使用，不需燃料，清洁卫生。通常太阳灶分两大类：箱式太阳灶和聚光太阳灶。箱式太阳灶采用五面保温的箱盒，只留朝太阳的一面安装双层透明玻璃。箱体的内壁涂黑色，用以吸收太阳的辐射热。由于阳光的波长较短，可以透过玻璃。当阳光照射到箱壁的黑体上时，光波就转变为热能。正如我们夏天穿白色衣服，阳光被反射掉，若穿黑色衣服，则比较热，这就是黑体物吸收热的道理。在物理学上，热也是以射线的形式辐射的，但它的波长较长，一般很难透过玻璃。这样阳光进入箱式太阳灶，变成热能以后难以出去，因周围还有隔热保温材料，于是箱内的温度越积越高，有时可达150℃。若箱内预置有加工的食物，则可加热蒸熟，如煮米饭、蒸馒头等。这种太阳能加温的现象就叫温室效应，在人们的日常生活中随时可遇到，冬天玻璃窗晒进太阳，室内的温度上升，但不会把热散到室外去，关键就在透明玻璃，只让阳光进，不让热外逸。箱式太阳灶采用双层玻璃，就是为了减少箱内的热辐射。温室效应在太阳能热利用中有着广泛的作用。类似箱式太阳灶，还可以制造太阳能开水器、太阳能消毒器等等。
聚光式太阳灶是利用反光镜聚焦的原理，通常采用旋转抛物面反光镜，将阳光集中反射到锅底。这种太阳灶效率高，可以用于炒菜烧开水，比箱式太阳灶用途广。反光镜面可用碎小的玻璃镜片贴在一个设计好的底盘上，或用镀铝涤纶薄膜贴制，亦可用铝板抛光制成。反光镜无论是圆形或方形，均要能满足太阳灶的热力需要，一般镜面在1平方米左右，聚焦的功率约相当于一个500瓦的电炉，足够作家庭炊事用。聚光式太阳灶还可做成折叠式，供野外旅行用。为了避免直接在阳光下操作，也可设计成传输式太阳灶，借用热管技术和蓄热材料，将聚焦的太阳能从户外传输到室内，这样还可作短时间的蓄能，当阳光被云彩遮挡时，太阳灶仍可继续工作。聚光式太阳灶必须跟踪太阳，通常以手动跟踪即可，高级的也可作自动跟踪。我国是世界上使用太阳灶最多的国家，据不完全统计，全国约有14万多台，主要分布在西藏、新疆和甘肃一带。因为这些地方日照条件好，农牧民缺柴草。
太阳能空调制冷
随着人们生活质量不断提高，夏季空调制冷的能耗直线上升。近年来，我国的空调制冷业迅速发展，但这主要是电制冷，而且多采用落后的含氟制冷剂。国际上为了防止氟对大气臭氧层的破坏，保护地球环境，已将含氟制冷列入了淘汰名单。利用太阳能制冷，从季节性来说，有其优势。一般说，天气越热，太阳辐射越强。现在国内外已出现各种太阳能制冷设备，尽管尚未商品化，但已有可喜苗头。我国早在20世纪70年代就开始研究太阳能制冷，并试制出小型太阳能制冰机和小面积的太阳能空调房。其主要技术路线是以太阳能集热器代替电，做成太阳能集热蒸发器，利用氨-水、水-溴化锂等作制冷的工质，试验了间歇制冷和连续制冷。北京的中国建筑科学研究院空调研究所曾为一纺织厂设计建造了一座使用面积64平方米的空调房，采用40平方米太阳能平板式集热器，用氨-水吸收制冷系统，获得每小时制冷量7000千卡。用同样方法，美国佛罗里达大学建立的氨吸收空调房运行多年，制冷量达5冷吨。太阳能制冷除吸收式外，还有压缩式和喷射式。由于太阳能集热温度偏低，所以吸收式制冷效率较高。压缩式制冷是利用太阳能热力机作原动机，而且要以氟利昂为工质，故不易发展。
太阳能温室
太阳能温室是人们常见的，特别是塑料大棚已在农业上广泛应用。我国现有农业种植用的太阳能温室总面积已超过4万公顷，各种塑料大棚约36万公顷。近年来又大量推广塑料地膜，总面积也在600多万公顷。这些都是较简易又有实效的太阳能利用，它解决了冬季农作物生长、越冬和提早播种的问题，为农业高产丰收提供了技术保障。其实现在我国的农业太阳能利用还处于低投入初级阶段，设备装置简单，技术含量不高。国外有些现代化农业，太阳能利用发展很快，例如太阳能温室已不限于温度和光照，同时还要考虑湿度和各种光谱强度，以及水、肥、土的相互关系，大型温室还有机械化作业问题，有的还要结合生物工程需要，采用计算机自动控制，创造最优化的人工气候和生长条件，以实现农业工厂化。因此，包含了许多日新月异的高新技术。
太阳能干燥
太阳能干燥是人们接触最平常的事，晒衣、晒粮人所共知。然而现代化的太阳能干燥却不是如此简单，首先要研制各种太阳能干燥器。最普通的太阳能干燥器是类似于太阳热水器的一种太阳能空气集热器，它不是把水加热，而是把空气加热，然后用这种热气去干燥物品。所谓干燥，就是把物品中的水分脱除到一定程度。自然晒干比较慢，用燃料烘干影响品质。采用太阳能热风干燥，不仅速度快，而且卫生，节约燃料，干燥物的品质好，用于干燥食品、药材尤为适宜。目前我国利用太阳能干燥的物品很多，如加工果脯、中药材、香肠腊肉、制酱、制醋、木材干燥、陶瓷坯干燥、混凝土养护、粮食烘干等，有的也可与常规干燥机联合使用。通常太阳能干燥器的形式有：温室型、集热型、混合型。
太阳能蒸馏
利用太阳能蒸馏器可以淡化海水和苦咸水，以解决淡水短缺问题。许多海岛和内陆干旱地区，人畜饮水不足，生活非常困难，发展经济更受制约。虽然现在已有不少淡化水的办法，如电渗析、反渗透等淡化设备，但价格昂贵，需要电力。而缺水的地方往往也缺电，或比较贫困。利用太阳能蒸馏，则比较经济简便，只要安装一套顶棚式的太阳能蒸馏器，就可获得淡水，规模可大可小，所需材料主要是玻璃板和水泥，造价也不太高，就地施工，技术不难。现在世界许多地方都有太阳能海水淡化厂，如巴基斯坦有一座17837平方米集热面积的太阳能海水淡化厂，日产淡水68100升。希腊建有六座太阳能淡水厂，其中一座8667平方米集热面积，日产淡水31300升。澳大利亚有五座太阳能淡水厂，总集热面积5390平方米，日产淡水11900升。效率最高的智利太阳能淡水厂，100平方米集热面积，日产淡水480升。太阳能蒸馏器有多种形式，最简便的是顶棚式淡水装置。它的底座用水泥砌成一个浅池，上面加盖玻璃斜顶棚，外形很像低矮的太阳能温室。这种淡化装置也是利用温室效应，浅水池底涂黑，用以吸收太阳辐射，当转换成热以后，就把池中的海水慢慢蒸发。水蒸气上升，遇到玻璃顶棚而被冷凝，斜玻璃面上的水珠受重力影响，沿斜面下流，小水珠汇成大水粒，再由集水槽流到贮水池。这样海水中的盐分就浓缩在浅池的底部，定期排出换新的海水。浓盐水多了，也可晒盐。其实这样得到的是蒸馏水，作为人畜饮用水还不行，因为人体需要微量的矿物。于是还要进行矿化处理，才能满足饮用淡水的需要。矿化处理很简单，即把收集的蒸馏水从预选好的岩石块中流过。当然，玻璃顶棚的上面也可收集天然降水，雨水本身就是淡水。两种淡水合在一起，可以加大淡水量，也可把雨水分开作洗涤用，淡化器内的淡化水比较清洁，专供饮用。除顶棚式太阳能蒸馏器外，现在还有研制中的聚光热蒸馏器、旋转球式蒸馏器以及蜂窝箱式淡化器等。
蓄热太阳池
在自然界，有些干旱地区的盐湖，由于水面平静，水中的盐度也是稳定状态，就像静静的水中浮着几层密度不同的玻璃。当太阳透射到黑沉沉的湖底，立即转换成热能，但都被那水中稳定的盐水层隔绝了通路，热的对流被阻，于是湖底的水温越积越高，形成了自然的蓄热池。这种现象最早被匈牙利的物理学家凯莱辛斯基（Kalecsinsky）发现并作了说明。半个世纪以后，以色列人在盐度最大的死海开始研究利用这种天然贮存的太阳能。20世纪60年代初，以色列的哈里·泰波（H·Tabor）在死海畔建起了第一个太阳池装置。1979年一座150千瓦的太阳池发电站在死海南岸的爱因布科克镇诞生了。接着1981年以色列政府投资又兴建了一座5000千瓦的太阳池电站。于是世界为此惊奇，科学家们纷纷研究太阳池，并建立人工太阳池。1980年美国在芝加哥建造了一个1080平方米的科研太阳池，后来又在加利福尼亚州建造了太阳池发电站。日本、澳大利亚、墨西哥等国都对太阳池进行了较多的研究，有的利用太阳池蓄热发电，有的用于采暖，也有用于蒸馏淡化海水。我国也开展了小型太阳池的研究，但规模过小，没有实用价值。
国际上太阳池的研究方兴未艾，它是目前太阳能蓄热量最大的一种方式，备受人们关注。但是，由于天然盐湖或人造盐池中要形成稳定的盐浓度分层很不容易，使太阳池的开发利用受到了限制。于是科学家们想借助于新材料工业的发展，寻找一种能替代透明盐溶液层的有机膜，覆盖在普通水池之上，同样达到吸收和贮存太阳能的目的，这就叫“无盐太阳池”。此项研究是跨学科的高技术工程，一旦成功，太阳池贮能将是重大突破，它将大大推动太阳能的利用。
太阳热力机和热发电
人们对太阳热力机的研究已有很长的历史，据说古埃及时代就有利用太阳能加热的办法制成膨胀机，并用以压升尼罗河水灌溉，这大概是世界上最原始的太阳能水泵，可惜没有留下文字记载和图画。现在可找到资料最早的太阳能膨胀机只有1615年法国人柯克斯（S·Caux）研制的。从近代太阳能动力机的发展过程看，首先是太阳能水泵。作为太阳能动力机，主要有两类：一类是太阳能蒸汽机，即以太阳能聚光代替燃煤锅炉，其他构件都同普通蒸汽机一样；另一类为太阳热力机，也称斯特林发动机，这是以苏格兰牧师罗伯特·斯特林（R·Stirling）命名的，它是一种外燃机，以太阳能聚光加热一种工质，使产生热力循环，而驱动机械转动。现在这种热力机较有实用价值的是太阳能热力发电机。20世纪七八十年代，这种小型分散型太阳能发电机较多，我国也曾同美国合作试制过此种太阳能发电机，功率5千瓦，由于造价过高，未能发展成商品。
太阳能热发电在20世纪70年代石油危机中曾引起重视，美国、日本、西欧和前苏联均建有太阳能热电站。早期的都是塔式发电站，也叫中央接收式电站。它是由定日镜、高塔集热锅炉和蒸汽发电机组等部分组成。定日镜是设置在地面收集太阳能的平面聚光镜，由计算机操纵自动跟踪太阳。所有镜面集中的太阳光都反射到高塔的锅炉上，锅炉产生的高温高压蒸汽被输送到汽轮发电机组，发出的电力可与常规电网并网运行。此种太阳能热电站结构复杂，工程浩大，投资高，长期以来只是进行试验，未能进行商业运营。20世纪90年代以后，美国和以色列进行合作，采用抛物柱面聚光镜和高效太阳能集热管，包括真空管集热管，产生的高温热水与常规火力发电系统结合，形成能源互补，并革除了复杂的定日镜群和集热高塔，使操作方便，节约燃料，运行可靠，很快就投入了商业运营。1994年美国加利福尼亚州建立的此种太阳能热发电站的总装机容量已达35万千瓦。
太阳能光电转换
