Solarthermie 

In der Solarthermie wird die thermische Energie der Sonnenstrahlung nutzbar gemacht.

Bei der passiven Nutzung erwärmt die Sonne direkt, also ohne technische Apparate, ein Gebäude z. B. durch entsprechend ausgerichtete Fensterflächen oder durch sogenannte Transparente Wärmedämmung, bei der das Sonnenlicht die äusserste Dämmschicht durchdringen kann und so die dahinter liegende Mauer erwärmt.

Von aktiver Nutzung spricht man dann, wenn entsprechend konstruierte Absorberflächen Sonnenwärme sammeln und diese mit Hilfe eines Mediums z. B. zu einem Wärmespeicher transportiert wird. Im Haushalt findet die Sonnenwärme vorwiegend zur Erwärmung von Wasser und der Raumluft bzw. den Räumen Verwendung. In der Industrie ist darüber hinaus noch die Umwandlung in chemische Energie, elektrische Energie und mechanische Energie anzutreffen. Zunehmend werden solar betriebene Absorptionskältemaschinen für die Gebäudeklimatisierung eingesetzt.

Passive Nutzung

Die Grundlagen der modernen passiven Nutzung der Solarthermie sind u.a. seit dem Alten Ägypten (1800 v. Chr.) und der Antike bekannt. Sie beruhen im Wesentlichen auf der Ausrichtung des Hauses bzw. der Architektur an der Sonneneinstrahlung, sowie dem überlegten Einsatz von Wärme speichernden und von wärmedämmenden Materialien.

Zur Erwärmung eines Hauses können z. B. ein Wintergarten, besonders grosse Fenster Richtung Süden oder eine wärmespeichernde Solarwand dienen. In Verbindung mit einer guten Wärmedämmung vermindert sich der Bedarf an zusätzlicher Heizungswärme stark. Eine durchdachte passive Nutzung der Sonnenenergie ermöglicht es auch in Mitteleuropa, beim Bau von Passivhäusern völlig auf eine "aktive" Heizungsanlage zu verzichten.

Aktive Nutzung

Die direkte Nutzung der Solarenergie in thermischen Solaranlagen geschieht über Sonnenkollektoren. Handelsübliche Kollektoren erreichen Wirkungsgrade zwischen 60 und 70 Prozent (einzelne Hersteller geben für bestimmte Modelle auch höhere Werte an). Das heisst, sie können zwischen 60 und 70 Prozent der auf die Kollektorfläche auftreffenden Sonnenenergie in nutzbare Wärme umwandeln. In diesen Kollektoren wird meist ein Wasser-Propylenglykol-Gemisch (Verhältnis 60:40) als Wärmeträgermedium verwendet. Durch den Zusatz von 40 Prozent Propylenglykol wird ein Frostschutz bis -23 °C und darunter ein Gefrieren ohne Volumenzunahme erreicht, sowie eine Siedetemperatur, die je nach Druck 150 °C und mehr betragen kann. Bei höheren Temperaturen gehen viele Kollektoren in Stillstand und liefern keine Energie mehr. Die jährlich nutzbare Wärmeenergie, die ein Solarkollektor von 6 m² im privaten Wohnungsbau liefert, liegt bei circa 2.100 Kilowattstunden (circa 350 kWh/m²). Größere Kollektorflächen haben tendenziell niedrigere Nutzungsgrade, da der Wärmebedarf im Sommer oft nicht mit dem Angebot mitwächst. Die größere Fläche wird jedoch in den sonnenärmeren Zeiten benötigt.

Durch die Bündelung der Sonnenenergie mit Spiegeln, wie es in den meisten Sonnenwärmekraftwerken geschieht, können am Brennpunkt Temperaturen bis zu 1300°C erzielt werden, die industriell gut nutzbar sind. Die hohen Energiekonzentrationen werden mit einem Dampfkraftwerk oder einem Sterlingmotor in mechanische Energie und anschließend mit einem Stromgenerator in elektrische Energie umgewandelt. Manchmal ist die gewonnene Solarenergie eine zusätzliche Energiequelle in einem konventionellen Kraftwerk. Aufgrund des notwendigen hohen Direktstrahlungsanteils ist diese Anwendung eher für südeuropäische Regionen sinnvoll. Mit dem Solarkraftwerk  Andasol 1 wird zurzeit ein solches Kraftwerk in Andalusien gebaut.