خورشید عامل و منشاء انرژی‌های گوناگونی است كه در طبیعت موجود است از جمله: سوختهای فسیلی كه در اعماق زمین ذخیره شده‌اند، انرژی آبشارها و باد، نمو گیاهان كه حیوانات و انسان برای رشد خود از آلفا استفاده می‌كنند، كلیه مواد آلی كه قابل تبدیل به انرژی حرارتی و مكانیكی هستند، امواج دریاها، قدرت جزر و مد كه بر اساس جاذبه و حركت زمین به دور خورشید و ماه حاصل می‌شود، اینها همه نمادهائی از انژی خورشیدی هستند. وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی بخصوص سوختهای نفتی و بكارگیری و مصرف بی‌رویه آنها منابع عظیمی را كه طی قرون متمادی در لایه‌های زمین تشكیل شده بود تخلیه می‌نماید با توجه به اینكه منابع زیرزمینی انرژی باد سرعت فوق‌العاده‌ای مصرف می‌شوند و در آینده‌ای نه چندان دور چیزی از آنها باقی نخواهد ماند نسل فعلی وظیفه دارد به آن دسته از منابع انرژی كه دارای عمر و توان زیاد است روی آورد و دانش خود را برای بهره‌برداری از آنها گسترش دهد.
خورشید یكی از دو منبع مهم انرژی است كه باید به آن روی آورد كه در ضمن به تكنولوژی پیشرفته و پرخرج نیز نیاز نداشته و می‌تواند به عنوان یك منبع مفید و تامین كننده انرژی در اكثر نقاط جهان بكار گرفته شود به علاوه استفاده از آن انرژی هسته‌ای، خطر و اثرات نامطلوبی از خود باقی نمی‌گذارد و برای كشورهائی كه فاقد منابع زیرزمینی هستند مناسبترین راه برای دسترسی به نیرو و رشد و توسعه اقتصاد می‌باشد.
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ما قبل تاریخ باز می‌گردد. مهمترین روایتی كه در رابطه با استفاده از تابش خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می‌باشند كه ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش كشید. گفته می‌شود كه ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه‌های كوچك مربعی شكل در كنار یكدیگر كه روی پایه متحرك قرار داشت اشعه خورشید را از راه دور روی كشتیهای رومیان متمركز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش كشیده است. به همین علت از ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام می‌برند در حالیكه منابع مصری قدیمیتر از آن است.
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گیری می‌شود كه عبارتند از:
1) سیستمهای فتوبیولوژیك: تغییراتی كه در حیات و زیست گیاهان و جانداران به وسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجاد می‌گردد فرآیند كود حیوانات و استفاده از گاز آن.
2) سیستمهای فتوشیمیایی: تغییرات شیمیایی در اثر نور خورشید – الكترولیزرهای نوری – سلولهای فتوولتاژئیك الكتروشیمی – تاسیسات تهیه هیدروژن.
3) سیستمهای فتو ولتائیك: تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الكتریكی – سلولهای خورشیدی
4) سیستمهای حرارتی و برودتی: شامل سیستمهای تهیه آب گرم - گرمایش و سرمایش ساختمانها – تهیه آب شیرین – سیستمهای انتقال و پمپاژ – سیستمهای تولید فضای سبز (گلخانه‌ها) – خشك‌كنها و اجاقهای خورشیدی – سیستمهای سردسازی – برجهای نیرو – خشك‌كن خورشیدی.
در مورد پیدایش خورشید فرضیه‌ای كه بیشتر مورد قبول واقع شده، این است كه منشاء ایجاد خورشید توده‌ای ابری شكل گازهائی هستند كه تشكیل دهنده عمده آنها هیدروژن بوده است. در مرحله اول و در نتیجه نیروی جاذبه مركزی، ذرات هیدروژن روی هم متراكم شده و در اثر تراكم، تصادم شدیدی بین ذرات هیدروژن بوجود آمده و در نتیجه افزایش بیش از حد فشار و دما، تحولات هسته‌ای پدید آمده و حاصل آن آزاد شدن منابع عظیم انرژی بوده است از مجموع انرژی تابشی خورشید كه بوسیله زمین و جو آن دریافت می‌شود در حدود 35 درصد آن مجدداً به فضای خارج از جو بازتاب می‌گردد. قسمت اعظم این بازتابی در جو زمین در برخورد اشعه با ابرها و غبارهای جوی انجام می‌گیرد و بخش كمتری از آن، در سطح زمین در نتیجه انعكاس اشعه بوسیله آبها – برفها و سنگریزه‌ها حادث می‌شود.
قسمتی از باقیمانده انرژی، در حین عبور از جو زمین، در اثر برخورد با ذرات هوا و غبار و بخار آب موجود در جو، به دفعات زیاد تغییر مسیر داده و پس از این برخوردها، به صورت تشعشعات پراكنده به سطح زمین و یا فضای خارج تابیده می‌شود. همچنین در حدود 10 الی 15 درصد انرژی تشعشعی دریافت شده از خورشید، به وسیله ذرات بخار آّب – كربن دی‌اكسید و ازون موجود در جو زمین جذب می‌شود.
قابل توجه است كه در طبقات فوقانی جو زمین، گاز ازون تقریباً تمام اشعه ماوراء‌بنفش را جذب می‌كند و این تصفیه اشعه از نظر سلامت زندگی انسانها حائز اهمیت فوق‌العاده ایست زیرا كه اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تأثیرات بسیار نامطلوب دارد. بخار آب و كربن دی‌اكسید در طبقات تحتانی جو زمین، اشعه مادون قرمز را جذب می‌كند.
1) سیستمهای فتوبیولوژی:
عملكرد فتوسنتز در گیاهان قدیمی‌ترین روشها استفاده از انرژی خورشیدی است گیاهان انرژی خورشید را جذب كرده و با كمك آن گاز كربنیك و آب را به مواد قندی تبدیل می‌كنند. همچنین در این فعل و انفعالات گیاهان اكسیژن را آزاد و نیتروژن و مواد فسفری را كه برای ادامه حیات و رشد خود لازم دارند جذب می‌كنند. نتیجه این فرآیند، ذخیره‌سازی بیولوژیكی انرژی خورشیدی می‌باشد انرژی ذخیره شده در گیاهان از طریق سوزاندن چوب و یا تهیه سوختهائی از قبیل الكل و متان بازیابی می‌شود.
2) سیستمهای شیمی خورشیدی:
این سیستم‌ها به دو دسته كلی تقسیم می‌شوند.
الف) سیستمهای فتوشیمیائی كه در آنها از نور خورشید در عملیات شیمیایی استفاده می‌شود.
ب) سیستمهای هلیوترمیك در آنها از حرارت خورشید به عنوان یك منبع حرارتی بهره‌گیری شده و عملیات شیمیایی انجام می‌گیرد. برای تهیه سوختی مثل هیدروژن از روش فتوشیمیایی و یا از روش حرارتی در الكترولیز استفاده می‌شود و هیدروژن ذخیره شده را برای تولید انرژی مكانیكی – حرارتی و الكتریكی و غیره بكار برد.
عملیات فتوسنتز در گیاهان و تشكیل سوختهای فسیلی در زیرزمین، و ذخیره‌سازی بیولوژیكی انرژی خورشید در موارد و بالاخره تهیه سوختهائی از قبیل الكل و متان و هیدروژن، همگی تابع یك سری فعل و انفعالات شیمیایی بوده و می‌توان آنها را بخشی از سیستمهای شیمی خورشیدی به حساب آورد.
در سالهای 1969 دو پژوهشگر ژاپنی نتیجه تحقیقات خود را به عنوان رشته جدیدی از سلولهای الكترولیز اعلام كردند این دو پژوهشگر یك صفحه تیتانیوم دی‌اكسید ( Tio ) جریان الكتریكی بین دو قطب كاتدوآند برقرار شده و آب نیز به دو عنصر تشكیل دهنده خود یعنی اكسیژن و هیدروژن استفاده كرد. تهیه الكتریسته با استفاده از سلولهای خورشیدی در رشته شیمی نیز استفاده از الكترولیز امكان‌پذیر بوده به علاوه از سلولهای فتوالكترولیت، برای تجزیه شیمیایی و تهیه و ذخیره هیدروژن با روشهای گوناگون استفاده می‌شود.
3) سیستمهای فتو ولتائیك: سیستمی كه در آن انرژی خورشیدی بدون بهره‌گیری از مكانیزم‌های متحرك و شیمیایی به انرژی الكتریكی تبدیل شود، اثر آن را فتو ولتائیك می‌نامند. عاملی كه در این فرآیند بكار می‌رود سلول خورشیدی نامیده می‌شود. حدود 35 سال پیش برای اولین بار و به عنوان مولد الكتریكی در سفینه‌های فضائی از این سلول‌ها استفاده گردید و مدتی است كه بهره‌گیری از آنها در زمین نیز تداول شده است سلولهای خورشیدی قادرند انرژی خورشیدی را بازدهی معادل 5 تا 20 درصد مستقیماً به الكتریسته تبدیل كنند. اگر چه انرژی الكتریكی نوری هنوز به میزان كافی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی‌باشد ولی در سالهای اخیر كاهش چشمگیری در هزینه‌های مربوط به بهره‌برداری از این سیستم‌ها مشاهده گردیده و انتظار می‌رود در آینده نیز با تحقیقات لازم در نوع سلولهای نوری، كاهش قیمت ادامه یابد ولی نباید فراموش كرد در مناطق دور و در جاهائی كه دسترسی به سوخت و الكتریسته ارزان مقدور نباشد از سیستمهای فتو ولتائیك استفاده می‌شود. با استفاده از انرژی خورشید و سلولهای خورشیدی و با ایجاد اختلاف پتانسیل فشار الكتریكی در نیمه هادئی كه بطور مناسب ساخته شده‌اند الكتریسته تولید می‌شود. امروزه مؤثرترین و ارزانترین سلولهای خورشیدی ماده‌ای به نام سیلیسیم می‌باشد. ماسه یكی از منابع مهم سیلیسیم بوده كه پس از پالایش آن كریستالهای سیلیسیم بدست می‌آید و پس از بریده شدن بصورت صفحه آماده می‌شود.
سیسلیسیم یك نیمه هادی است كه به طور خالص از نظر هدایت الكتریكی هادی ضعیفی است ولی اگر در موقع پالایش به آن فسفر اضافه شود بار منفی (الكترون) پیدا كرده و در صورتیكه بود اضافه شود بار مثبت (حفره) پیدا می‌كند. نوع اول را سیلیسیم «نوع N » و نوع دوم را سیلیسیم «نوع P » می‌نامند می‌دانیم كه سیلیسیم دارای 4 الكترون در مدار خارجی خود می‌باشد. هنگامی كه تعدادی اتم فسفر به داخل كریستال سیلیسیم وارد شود با توجه به اینكه فسفر دارای 5 الكترون در مدار خارجی خود دارد 4 الكترون مدار خارجی فسفر با 4 الكترون مدار خارجی فسفر با 4 الكترون مدار خارجی سیلیسیم یك مدار بوجود آورده و به این ترتیب یك الكترون به صورت آزاد باقی مانده یعنی سیلیسیم با بار منفی باردار شده و نیمه‌هادی نوع N بوجود می‌آید. از طرفی اگر بجای فسفر از اتم بور كه سه الكترون در مدار خارجی دارد استفاده شود حفره‌هائی كه مثل الكترون قابلیت حركت دارند ایجاد شده و سیلیسیم بطور مثبت باردار می‌شود یعنی نیمه‌هادی نوع P بوجود می‌آید. حال اگر یك طرف یك سیلیسیم نوع P را از نوع N الكترونهای آزاد و اتم‌های فسفر با بار مثبت وجود دارند. حال اگر یك فوتون (ذره‌ای از نور) به اتصال P-N برخورد كند. الكترون از اتم سیلیسیم جدا كرده و در نتیجه حفره بوجود آورد. حفره‌های مزبور تحت تأثیر میدان موجود به سمت ناحیه P و الكترون به سوی ناحیه N حركت كرده و این دو حركت مخالف با بارهای مختلف، یك جریان الكتریكی بوجود می‌آورند. با اتصال كنتاكتهائی به رویه‌هائی قطعات نیمه هادی، مداری تشكیل می‌شود كه اجازه برگشت الكترون‌ها را به اتصال نوع P از میان یك بار خارجی می‌دهد.
4) سیستمهای حرارتی خورشیدی ( THERMAL SOLAR ENERGY )
روشهای گرما خورشیدی، با استفاده از انواع كلكتورها و روشهای غیرفعال، جهت جذب كردن و جمع‌آوری انرژی حرارتی خورشید طراحی شده، و برای منظورهائی از قبیل گرم كردن آب و هوا و تولید بخار و سرد كردن و... بكار برده شده‌اند.
سیستمهای گرما خورشیدی را می‌توان به ترتیب زیر طبقه‌بندی كرد:
1) سیستمهای آب گرم خورشیدی 2) سیستمهای گرمایش و سرمایش ساختمانها
3) سیستمهای تهیه آب شیرین و آب مقطرگیری 4) سیستمهای انتقال پمپاژ
5) سیستمهای تولید فضای سبز 6) سیستمهای خشك‌كنن و خوراك پز خورشیدی
7) سیستمهای سرد كننده خورشیدی 8) برجهای نیرو نیروگاههای خورشیدی
