太阳表面温度高达6000℃，内部不断进行核聚变反应，并且以辐射方式向宇宙空间发射出巨大的能量。据估计，每三天太阳向地球辐射的能量，就相当于地球所有矿物燃料能量的总和。人类利用太阳能有三个途径：光热转换、光电转换和光化转换。
光热转换
光热转换即靠各种集热器把太阳能收集起来，用收集到的热能为人类服务。
早期最广泛的太阳能应用是将水加热，现今全世界已有数百万个太阳能热水装置。太阳能热水系统主要包括收集器、储存装置及循环管路三部分。
利用太阳能作冬天采暖之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，
室内必须有暖气设备，若要节省化石能源的消耗，可设法利用太阳能。大多数太阳能暖房使用热水系统，也有使用热空气系统的例子。太阳能暖房系统由太阳能收集器、热存储装置、辅助能源系统及室内暖房风扇系统组成。太阳辐射热经过收集器内的工作流体储存，然后向房间供热。
目前，美国已兴建100多万个主动式太阳能采暖系统和超过25万个依靠冷热空气自然流动的被动式太阳能住宅。
光电转换
光电转换即将太阳能转换成电能。目前，太阳能用于发电的途径有二：一是热发电，就是先用聚热器把太阳能变成热能，再通过汽轮机将热能转变为电能；二是光发电，就是利用太阳能电池的光电效应，将太阳能直接转变为电能。
太阳能电池的主要原理是：通过使用半导体材料，将较薄的N型半导体置于较厚的P型半导体上，当光子撞击该装置的表面时，P型和N型半导体的接合面有电子扩散产生电流，可利用上下两端的金属导体将电流引出利用。目前，太阳能电池的成本还较高，要达到足够的功率，需要相当大的面积放置电池。
1953年，美国贝尔实验室研制出世界上第一个硅太阳能电池，转换效率为0.5％，1994年太阳能电池的转换效率已提高到17％。
光化转换
光化转换即先将太阳能转换成化学能，再转换为电能等其他能量。我们知道，植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。目前，太阳能光化转换正在积极探索、研究中。
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