Η ηλιακή ενέργεια, ή ενέργεια που προέρχεται από το ηλιακό φως, μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια και να χρησιμοποιηθεί για μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών σκοπών. Οι πιο κοινές εφαρμογές ηλιακής ενέργειας περιλαμβάνουν την τροφοδοσία και τη βελτιστοποίηση της θέρμανσης και ψύξης των σπιτιών, την παροχή καλών συνθηκών για την ανάπτυξη των φυτών και την παροχή οικονομικά αποδοτικού ηλιακού φωτός εσωτερικού χώρου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ηλιακή ενέργεια μπορεί να είναι χρήσιμη για θέρμανση και φωτισμό χωρίς την ανάγκη μετατροπής σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι εφαρμογές ηλιακής ενέργειας αυτού του τύπου είναι χρήσιμες επειδή περιορίζουν την ανάγκη χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας και, ως εκ τούτου, είναι συχνά αρκετά αποδοτικές. Ενώ η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια παρέχει μια πηγή καθαρής, ανανεώσιμης ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σχεδόν οποιοδήποτε σκοπό, το κόστος εγκατάστασης του απαραίτητου εξοπλισμού για τη συλλογή, τη μετατροπή και την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι αρκετά υψηλό.
Πολλές από τις πιο κοινές, χρήσιμες και οικονομικά αποδοτικές εφαρμογές ηλιακής ενέργειας έχουν παθητικό χαρακτήρα και δεν συνεπάγονται μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια. Πολλά σπίτια, για παράδειγμα, χτίζονται με γνώμονα τη θέση του ήλιου σε διάφορες ώρες της ημέρας, διασφαλίζοντας ότι το σπίτι έχει άφθονο φυσικό φωτισμό. Διάφορες αρχιτεκτονικές εκτιμήσεις μπορούν επίσης να διασφαλίσουν ότι τα κτίρια παραμένουν σε λογικές θερμοκρασίες. Μια άλλη από τις κοινές εφαρμογές αυτής της φόρμας μπορεί να δει κανείς σε θερμοκήπια. Ο ήλιος περνά μέσα από το διαφανές περίβλημα του θερμοκηπίου και θερμαίνει τα φυτά και το έδαφος, δημιουργώντας ζεστό αέρα που δεν μπορεί να διαφύγει από το περίβλημα και ως εκ τούτου παρέχει ένα καλό περιβάλλον για την ανάπτυξη των φυτών.
Ορισμένες εφαρμογές ηλιακής ενέργειας απαιτούν τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Ορισμένα σπίτια σε απομονωμένες αλλά καλά φωτισμένες περιοχές, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν ηλιακή ενέργεια για να παρέχουν αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για βασικές εργασίες. Αν και η εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να είναι δαπανηρή, μπορεί, με την πάροδο του χρόνου, να είναι πιο οικονομική από τη σύνδεση ενός κτιρίου σε μια απομονωμένη περιοχή με ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια από τέτοια συστήματα ηλιακής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί όπως κάθε άλλη ηλεκτρική ενέργεια, αλλά συχνά είναι απαραίτητο να εξοικονομηθεί και να χρησιμοποιηθεί μόνο για τα απολύτως απαραίτητα. Ένα τέτοιο σύστημα ενδέχεται να μην είναι σε θέση να τροφοδοτήσει μια πλήρη σειρά ηλεκτρικών συσκευών για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ορισμένες εφαρμογές ηλιακής ενέργειας περιλαμβάνουν μεμονωμένες συσκευές που έχουν τους δικούς τους ενσωματωμένους ηλιακούς συλλέκτες. Πολλές μορφές φωτισμού εξωτερικού χώρου, για παράδειγμα, συλλέγουν ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας και χρησιμοποιούν τη συλλεγόμενη ενέργεια για να παρέχουν φως κατά τη διάρκεια της νύχτας. Παρόμοιες εφαρμογές ηλιακής ενέργειας περιλαμβάνουν ηλιακά ψυγεία και ηλιακές ηλεκτρικές γεννήτριες μικρής κλίμακας.