Sejarah tenaga surya sudah ada sejak beberapa peradaban paling awal, yang menggunakan kaca pembesar untuk memusatkan sinar matahari untuk menyalakan api. Namun, tenaga surya dalam konteks saat ini sering kali ditelusuri kembali ke penemuan efek fotovoltaik, yang pertama kali diamati oleh fisikawan Prancis Alexandre-Edmond Becquerel pada tahun 1839.

Becquerel menemukan bahwa ketika bahan semikonduktor seperti platina atau perak terpapar radiasi matahari, arus listrik terbentuk. Pada tahun 1880-an, Charles Fritts memperluas karya Becquerel dengan menciptakan sel surya pertama. Beberapa ilmuwan memperjuangkan energi surya hingga sebuah terobosan pada tahun 1954, ketika Bell Labs mengembangkan sel fotovoltaik silikon pertama. Saat ini, fotovoltaik adalah cara paling umum untuk memanfaatkan energi matahari.

Tenaga surya dimungkinkan oleh reaksi nuklir yang terjadi di inti Matahari. Proton hidrogen bertabrakan hebat dan menyatu bersama untuk menciptakan helium, menghasilkan energi dalam jumlah besar. Energi ini memancar dari matahari ke tata surya melalui spektrum gelombang elektromagnetik, atau dikenal sebagai radiasi elektromagnetik.

Energi surya memainkan peran penting dalam menciptakan dan mempertahankan kehidupan di Bumi. Efek rumah kaca, misalnya, adalah fenomena di mana energi surya diserap oleh permukaan bumi dan dipancarkan kembali ke atmosfer. Gas rumah kaca seperti uap air dan karbon dioksida memerangkap panas, menciptakan lapisan isolasi yang membuat planet ini tetap hangat dan layak huni. Hampir semua makhluk hidup bergantung pada energi surya, baik secara langsung, melalui proses seperti fotosintesis, atau secara tidak langsung sebagai anggota rantai makanan.

Di Bumi, sistem fotovoltaik surya (PV) dan tenaga surya terkonsentrasi (CSP) digunakan untuk mengubah sinar matahari menjadi bentuk energi lain, seperti listrik dan energi termal.

PV surya menggunakan efek fotovoltaik, pembangkitan tegangan pada paparan cahaya, untuk menciptakan listrik. Panel atau modul surya adalah contoh umum dari sistem fotovoltaik karena dapat menampung susunan sel fotovoltaik (atau sel surya). Jumlah sel PV dapat berkisar dari satu hingga ratusan pada satu panel PV.

Setiap sel PV mengandung semikonduktor yang terbuat dari silikon atau bahan semikonduktor lainnya yang digunakan untuk menciptakan medan listrik. Saat sinar matahari diserap, elektron terlepas dari semikonduktor dan tersapu dalam arus listrik yang bergerak menuju perangkat eksternal. Aliran energi ini dianggap sebagai arus searah (DC), menghasilkan listrik yang sebanding dengan jumlah sinar matahari yang diterima. Listrik DC dapat dikonversi menjadi arus bolak-balik (AC) melalui inverter surya, yang memungkinkan listrik AC diproduksi pada tegangan yang ditetapkan.

Listrik yang dihasilkan oleh sistem panel surya dapat langsung digunakan. Kelebihan energi dapat disimpan dalam baterai surya atau dikirim ke jaringan listrik. Pemilik rumah dapat menerima kredit energi pada tagihan listrik mereka dengan imbalan kontribusi panel surya mereka. Hal ini dilakukan melalui net metering. Sistem PV adalah metode konversi yang paling umum untuk aplikasi skala kecil dan dapat digunakan untuk sesuatu yang sederhana seperti menyalakan kalkulator. Namun, sistem ini juga dapat diskalakan untuk pembangkit listrik yang lebih besar. Beberapa pembangkit listrik PV dapat menyediakan energi untuk seluruh kota.

Tenaga surya terkonsentrasi (juga disebut tenaga termal surya terkonsentrasi) menggunakan cermin untuk memantulkan dan mengumpulkan sinar matahari ke penerima yang berisi cairan. Pemanasan surya meningkatkan suhu fluida, menghasilkan energi termal melalui air panas. Energi ini digunakan untuk menyalakan mesin atau memutar turbin, yang kemudian menghasilkan listrik yang mengalir ke pembangkit listrik atau menambah jaringan listrik.

Biasanya, CSP digunakan untuk utilitas skala besar dan aplikasi industri. Pembangkit listrik tenaga surya, misalnya, dapat menghasilkan ratusan megawatt (MW) energi listrik setiap tahun melalui sistem CSP. Namun, CSP juga dapat digunakan dalam skala yang lebih kecil untuk perangkat seperti kompor surya.

Sistem PV dan CSP dianggap sebagai sistem energi surya aktif karena menggunakan teknologi surya untuk menghasilkan energi secara langsung.

Sistem energi pasif menggunakan pendekatan desain yang berkelanjutan seperti arsitektur surya untuk mengambil keuntungan dari pemanasan dan pendinginan alami Bumi. Saat matahari menghangatkan bumi sepanjang hari, bahan bangunan seperti kayu, logam, dan kaca menyerap energi surya. Ketika matahari terbenam dan atmosfer mendingin, bahan bangunan memancarkan panas yang tersimpan melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.

Arsitek dan insinyur dapat menggunakan pertukaran panas ini untuk menciptakan solusi yang efisien dan murah untuk memanaskan dan mendinginkan bangunan. Sebagai contoh, mereka dapat mengecat atap dengan warna putih untuk memantulkan energi surya atau memasang solarium untuk memanaskan bagian bangunan secara alami.

Beberapa perkembangan tenaga surya mulai terlihat di berbagai lanskap regulasi, bisnis, dan teknologi internasional. Di Amerika Serikat, Departemen Energi bekerja sama dengan pemerintahan Biden untuk mengurangi hambatan penyimpanan energi dan meningkatkan upaya dekarbonisasi . Hal ini terjadi di saat negara bagian seperti California dan Nevada—di mana insentif kredit pajak memberi penghargaan kepada pemilik rumah yang menggunakan tenaga surya—menghadapi masalah yang unik: perusahaan-perusahaan tenaga surya mengalami kelebihan kebutuhan energi akibat kelebihan instalasi tenaga surya. 

Di India, Adani Green Energy menugaskan pembangunan tenaga surya sebesar 1 gigawatt (GW) di taman tenaga surya Khavda di negara bagian Gujarat—sebuah langkah penting dalam perjalanannya untuk membangun kapasitas 30 GW.² Sementara itu, Lightsource yang berbasis di Inggris sedang mengembangkan sebuah taman tenaga surya berkapasitas 560 MW di Yunani yang akan menjadi taman tenaga surya terbesar kedua di Eropa, yang saat ini dipegang oleh taman tenaga surya Witnitz di Jerman bagian timur^.3

Lemari es bertenaga surya membantu memerangi wabah malaria di Afrika dengan menyimpan vaksin pada suhu yang aman.⁴ Di Jepang, rencana sedang dilakukan untuk memancarkan energi surya langsung dari luar angkasa ke Bumi pada tahun 2025.⁵ Inovasi-inovasi ini dimungkinkan oleh biaya tenaga surya yang makin murah, yang telah turun hingga 90% dalam dekade terakhir, dan perkembangan dalam sistem penyimpanan energi.⁶