A história da energia solar remonta a algumas das primeiras civilizações, que usavam lupas para concentrar os raios solares para acender fogueiras. No entanto, a energia solar no contexto atual é muitas vezes rastreada até a descoberta do efeito fotovoltaico , observado pela primeira vez pelo físico francês Alexandre-Edmond Becquerel em 1839.

Becquerel descobriu que quando um material semicondutor, como platina ou prata, é exposto à radiação solar, uma corrente elétrica é formada. Na década de 1880, Charles Fritts expandiu o trabalho de Becquerel criando a primeira célula solar. Vários cientistas prosseguiram o trabalho com energia solar até um avanço em 1954, quando a Bell Labs desenvolveu a primeira célula fotovoltaica de silício. Atualmente, a energia fotovoltaica é a forma mais comum de aproveitar a energia solar.

A energia solar é possível graças às reações nucleares que ocorrem no núcleo do sol. Os prótons de hidrogênio colidem violentamente e se fundem para criar hélio, produzindo grandes quantidades de energia. Essa energia irradia do sol para o sistema solar por meio de um espectro de ondas eletromagnéticas, também conhecido como radiação eletromagnética.

A energia solar desempenha um papel crucial na criação e manutenção da vida na Terra. O efeito estufa, por exemplo, é um fenômeno no qual a energia solar é absorvida pela superfície da Terra e irradiada de volta para a atmosfera. Gases de efeito estufa, como vapor d'água e dióxido de carbono, retêm o calor, criando uma camada de isolamento que mantém o planeta aquecido e habitável. Quase todas as criaturas vivas dependem da energia solar, seja diretamente, por meio de processos como a fotossíntese, ou indiretamente, como membros da cadeia alimentar.

Na Terra, os sistemas solares fotovoltaicos (PV) e de energia solar concentrada (CSP) são usados para converter a luz solar em outras formas de energia, como eletricidade e energia térmica.

A PV solar utiliza o efeito fotovoltaico , que é a geração de tensão pela exposição à luz, para criar eletricidade. Um painel ou módulo solar é um exemplo comum de um sistema fotovoltaico , pois pode abrigar uma matriz de células fotovoltaicas (ou células solares). O número de células PV pode variar de uma a centenas em um único painel PV.

Cada célula fotovoltaica contém um semicondutor feito de silício ou outros materiais semicondutores que são usados para criar um campo elétrico. À medida que a luz solar é absorvida, os elétrons se soltam do semicondutor e são arrastados em uma corrente elétrica que se move em direção a um dispositivo externo. Esse fluxo de energia é considerado uma corrente contínua (CC), gerando eletricidade proporcional à quantidade de luz solar recebida. A eletricidade CC pode ser convertida em corrente alternada (CA) por meio de inversores solares, que permitem a produção de eletricidade CA em uma tensão definida.

A eletricidade gerada por um sistema de painéis solares pode ser utilizada imediatamente. O excesso de energia pode ser armazenado em uma bateria solar ou enviado para a rede elétrica. Os proprietários de residências podem receber créditos de energia em sua conta de energia elétrica em troca de suas contribuições com painéis solares. Isso é feito por meio de medição líquida. Os sistemas PV são o método de conversão mais comum para aplicações de menor escala e podem ser usados para algo tão simples quanto ativar uma calculadora. No entanto, elas também podem ser dimensionadas para maior geração de eletricidade. Algumas usinas de energia PV podem fornecer energia para cidades inteiras.

A energia solar concentrada (também chamada de energia térmica solar concentrada) usa espelhos para refletir e coletar a luz solar em receptores cheios de fluido. O aquecimento solar eleva a temperatura do fluido, gerando energia térmica através da água quente. A energia é usada para alimentar motores ou girar turbinas, que, então, geram eletricidade, que flui para usinas de energia ou complementa as redes elétricas.

Normalmente, a CSP é usada para aplicações industriais e de serviços públicos em larga escala. As usinas de energia solar, por exemplo, podem produzir centenas de megawatts (MW) de energia elétrica a cada ano por meio de sistemas CSP. No entanto, a CSP também pode ser usada em uma escala menor para dispositivos como fogões solares.

Os sistemas PV e CSP são considerados sistemas de energia solar ativa, pois usam tecnologias solares para produzir energia diretamente.

Os sistemas de energia passiva, em vez disso, usam abordagens de projeto sustentável, como a arquitetura solar, para aproveitar o aquecimento e o resfriamento naturais da Terra. À medida que o sol aquece a Terra ao longo do dia, materiais de construção como madeira, metal e vidro absorvem a energia solar. Quando o sol se põe e a atmosfera esfria, os materiais de construção emitem seu calor armazenado por condução, convecção e radiação.

Arquitetos e engenheiros podem usar essa troca de calor para criar soluções eficientes e baratas para aquecer e resfriar prédios. Por exemplo, eles podem pintar um telhado de branco para refletir a energia do sol ou instalar um solário para aquecer naturalmente partes de um prédio.

Vários avanços na energia solar estão tomando forma em todo o cenário regulatório, comercial e tecnológico internacional. Nos Estados Unidos, o Departamento de Energia está trabalhando em estreita colaboração com o governo Biden para reduzir os obstáculos ao armazenamento de energia e melhorar os esforços de  descarbonização . Isso acontece em um momento em que estados como a Califórnia e Nevada (onde incentivos fiscais recompensam proprietários de imóveis que adotam a energia solar) enfrentam um problema único: as necessidades de energia das empresas de energia solar estão sendo excedidas por um excesso de instalações solares. 

Na Índia, a Adani Green Energy encomendou 1 gigawatt (GW) de energia solar no parque solar PV de Khavda, no estado de Gujarat, uma etapa crucial em sua jornada para produzir 30 GW de capacidade.² Enquanto isso, a Lightsource, sediada no Reino Unido, está desenvolvendo um parque solar PV de 560 MW na Grécia, que se tornará o segundo maior parque solar da Europa, um título atualmente detido pelo parque solar Witnitz, no leste da Alemanha.³

Os refrigeradores alimentados por energia solar estão ajudando a combater os surtos de malária na África, armazenando vacinas a uma temperatura segura^.4 No Japão, estão em andamento planos para transportar energia solar diretamente do espaço para a Terra até 2025.⁵ Essas inovações são possíveis graças ao custo cada vez menor da energia solar, que caiu 90% na última década, e ao desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia.⁶