La energía solar es la que origina la mayoría de las fuentes de energía renovables de forma directa o indirecta como son la propia solar, eólica, hidroeléctrica, biomasa, de las olas y corrientes marinas.
La transformación natural de esta energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra.
Gran parte de la energía solar que alcanza la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos que puede aprovecharse como energía hidroeléctrica.
Mediante la fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal o biomasa que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa.
La energía solar pasiva se aprovecha en los edificios sin la utilización de ningún dispositivo o aparato intermedio, mediante el adecuado diseño y orientación de los edificios; el uso de determinados elementos arquitectónicos (muros, ventanas, aislamientos, etc.) y optimizando las propiedades de los materiales que lo componen.
Aplicando criterios de arquitectura bioclimática correctamente se puede reducir significativamente (e incluso eliminar) la necesidad de climatizar edificios, así como la iluminación durante el día.
Agricultura:
Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y pueden hacer funcionar plantas de purificación y/o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible fósil.
El aprovechamiento térmico de la energía solar a baja temperatura (hasta 90 ºC) se realiza mediante captadores solares con cubierta transparente, cuyo principio de funcionamiento es el llamado efecto invernadero; disponen de un absorbedor metálico cubierto con pintura negra o tratamiento selectivo. Se aplica en la producción de agua caliente para uso residencial o industrial; también se utiliza para calentamiento de piscinas y calefacción de viviendas, hoteles, hospitales, colegios, centros deportivos, fábricas, etc.
Otra aplicación más novedosa e interesante de la energía solar térmica es la refrigeración, precisamente porque se necesita más cuando mayor es la intensidad de la radiación solar.
Para el aprovechamiento eléctrico de la energía solar se utilizan los paneles fotovoltaicos que generan electricidad que se puede utilizar de manera directa (por ejemplo electrificación en lugares aislados de la red, para bombeos de agua, etc.) o puede ser acumulada en baterías para usarse en las horas nocturnas. También están muy desarrolladas las conexiones de las instalaciones fotovoltaicas a la red general para inyectar la electricidad generada.
Para el aprovechamiento térmico a media temperatura (hasta 400ºC) es necesario emplear sistemas para concentración de la radiación y normalmente deben incorporar algún tipo de dispositivo de seguimiento solar como los colectores cilindro-parabólicos. Para los sistemas de alta temperatura (más de 400ºC) se utilizan dispositivos que concentran la radiación solar en un punto. Los dos tipos más utilizados son el disco parabólico y las centrales de torre con heliostatos. Con estos sistemas se puede generar electricidad mediante un alternador movido por una turbina o motor que funcionan con el fluido calentado.
Las distintas aplicaciones y sistemas que utilizan la energía solar tienen muy diferentes rendimientos que van desde un máximo (que se consiguen con los captadores solares térmicos a baja temperatura de hasta el 50-70%), hasta los de los paneles solares fotovoltaicos que tienen un rendimiento medio de un 15%, superado por muy pocos, como el Sanyo HIT por ejemplo.
Hay que tener muy en cuenta que obtener el máximo rendimiento, en muchos casos sólo es realmente importante si influye el factor espacio (un tejado, seguidor solar, o similar), ya que el precio por W es mayor, mientras más alta sea la eficiencia.
Valores intermedios se consiguen con sistemas de alta temperatura que tienen rendimientos del 30-40% y en los que, adicionalmente, el calor residual puede aprovecharse.