Solarenergie kommt auf der Erde in zwei Varianten vor: Als direkte Energiequelle in Form von Sonnenstrahlung oder gespeichert in fossilen oder erneuerbaren Energieträgern. Die direkte Sonneneinstrahlung wird zumeist zur Wärmegewinnung oder Stromerzeugung genutzt.

Allein die Sonnenstrahlung, die die Erde in jedem Moment erreicht, reicht theoretisch aus, um die gesamte Weltbevölkerung mit einem Vielfachen der benötigten Energie für Elektrizität, Mobilität, Industrieprozesse sowie Heizen und Kühlen zu versorgen. Die Nutzung dieses Potenzials ist eine der aussichtsreichen Möglichkeiten, unsere Energieversorgung auch nach dem Ende der fossilen Brennstoffversorgung sicherzustellen. Besonders in den sehr sonnenreichen Gegenden der Welt zwischen dem 45. nördlichen und südlichen Breitengrad könnte die solare Energie zu den ertragsstärksten Erneuerbaren Energien gehören.

Sonnenenergie in Form von solarer Strahlung lässt sich vielfältig nutzen:

• zur netzgebundenen oder autarken Stromerzeugung mit Hilfe von Photovoltaikanlagen 
• zur passiven Unterstützung des Wärmehaushalts von Gebäuden (Solararchitektur)  und
• um mit Hilfe von Solarkollektoren Warmwasser und Heizungswärme  zu gewinnen.
• In Zukunft könnte sogar die Gebäudeklimatisierungmittels Solarthermie  relevant werden.

Bisher wird dieses Potenzial aber noch unzureichend genutzt. Einerseits sind die Technologien noch nicht völllig ausgereift bzw. im Vergleich zur konventionellen Energieversorgung zu teuer, andererseits ist das Wissen über die Einsatzmöglichkeiten der Solarenergie zu wenig verbreitet. Aber obwohl in Deutschland die Windenergie wahrscheinlich der bedeutendste Pfeiler der regenerativen Energieversorgung werden wird, hat auch die Anwendung und Verbreitung der Solarenergietechnik in den letzten Jahren stark zugenommen, vor allem dank der garantierten Einspeisevergütung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes.

Bisher dominieren auf dem Gebiet der Solarenergie in Deutschland vor allem die Stromerzeugung mittels Photovoltaik-Anlagen und die dezentrale solarthermische Wärmeerzeugung im Gebäudebereich. Die Technologien dazu sind erprobt, ausgereift, bekannt und marktverfügbar. Der in PV-Anlagen erzeugte Strom kann gewinnbringend ins Elektrizitätsnetz eingespeist werden, und mit solarthermischen Anlagen auf Häuserdächern können die Räume an kalten Tagen kostengünstig beheizt und warmes Wasser erzeugt werden.

Strom aus Sonnenenergie

Bei der Photovoltaik (PV) wird in Solarzellen  - dies sind spezielle Halbleiterbauelemente - Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Die physikalische Grundlage hierfür ist der fotoelektrische Effekt: Photonen ("Lichtteilchen") mit geeigneter Energie (= Licht mit einer bestimmten Wellenlänge) können in Halbleitern (z. B. Silizium) Elektronen aus dem Atomverband zeitweise lösen und damit einen Stromfluss bewirken.

Wärme aus Sonnenenergie

Bei Solarwärmeanlagen  wird die Sonnenstrahlung aufgenommen, in Wärme umgewandelt und von der Wärmeträgerflüssigkeit gespeichert. Über ein Leitungssystem und Wärmetauscher wird diese Wärme dann in der Regel an einen Wärmespeicher abgegeben und als Brauchwasser oder zur Heizungsunterstützung verwendet.

Eine weitere Möglichkeit, die Wärmewirkung der Sonnenstrahlung zu nutzen, stellt die so genannte Solararchitektur  dar. Dies bedeutet zum Beispiel, dass große Fenster nach Süden ausgerichtet werden, um den Heizeffekt der Sonne - ähnlich wie in einem Gewächshaus - auszunutzen.

Indirekte Sonnenenergie

Zur gespeicherten Sonnenenergie gehören z. B Kohle, Erdöl und Erdgas (fossile Energieträger) oder verschiedene Formen von Biomasse  wie Holz oder Stroh (erneuerbare Energieträger). Die Nutzenergie aus diesen Energieträgern wird in der Regel durch Verbrennung gewonnen.

Nicht ganz offensichtlich, aber streng genommen ist auch Windenergie  nur eine weitere Form der Sonnenenergie, da Luftbewegungen durch Sonneneinstrahlung und daraus resultierende Temperaturunterschiede entstehen.

Nicht-solare Energiequellen sind hingegen lediglich Geothermie (Erdwärme) , Atomenergie (radioaktiver Zerfall) und Gezeitenenergie (Gravitation) .