Na každý 1 m2 sluncem ozářené plochy naší planety dopadá v podobě tepelných, světelných a ultrafialových paprsků výkon kolem 1 kW. Tato čistá a stále se obnovující energie ale je příliš "řídká", neboť užitečné zdroje tepla nebo elektřiny ze slunce trpí pravidelnými (den-noc) i nepravidelnými (při přechodu mračen) výpadky. V praxi se proto musejí kombinovat s nákladnými akumulátory energie nebo s rezervními klasickými zdroji energie. Výkonné sluneční (solární) elektrárny jsou proto výjimkou a efektivní využití sluneční energie stále ještě záležitostí dlouhodobých pokusů.
Prakticky výhodnější a rozšířenější je převádění sluneční energie na tepelnou než elektrickou energii. K tomu se používá tzv. slunečních kolektorů, jejichž úkolem je převést co nejvíc sluneční energie na teplo, kterým se ohřívá pracovní látka - obvykle voda, olej nebo nemrznoucí kapalné směsi. Do praxe se takové využití solární energie rozšířilo zatím v malém - pro lokální vytápění vodou nebo vzduchem, pro ohřev užitkové vody a pro sušení dřeva nebo průmyslových a zemědělských produktů.
K přeměně sluneční na elektrickou energii slouží fotovoltaické články. Princip těchto zařízení je založen na tzv. fotovoltaickém jevu, pozorovaném už před stodvaceti lety u selenových destiček. Tento jev nastává pro viditelné světlo v některých polovodičových materiálech (křemík, germanium ap.). V pn přechodu se elektrony přestěhují z n do p a díry z p do n a vytvoří se rovnováha. Posvítíme-li na pn přechod, fotony začnou z neutrálních atomů vyrážet elektrony (které zůstávají uvnitř látky a mohou vést proud - vnitřní fotoefekt) a tedy se generují páry elektron-díra. Vzniklý elektron se nastěhuje v pn přechodu tam, kde je kladný náboj a díra na opačnou stranu. Tím dojde k narušení rovnováhy a elektrony z části n se začnou posunovat, aby tuto nerovnováhu vyrovnaly. Přiložíme-li k polovodiči zátěž, poteče obvodem proud.
Nejrozšířenější jsou tzv. křemíkové sluneční články. Tenká vrstva monokrystalů křemíku, dotovaná například indiem, se chová jako polovodič n, napařením či vmísením arzenu nebo boru se vytvoří vrstva typu p a mezi nimi vznikne mikroskopicky tenký přechod. Připojením kovových kontaktů a pokrytím osvětlované vrstvy namodralou protiodrazovou vrstvičkou vzniká článek s napětím U=0,5 až 0,8 V, každý cm2 osvětlené plochy poskytuje výkon kolem 12 mW. Články se montují na ploché panely a spojují se buď do série (požadujeme-li vysoké napětí), nebo paralelně (když potřebujeme větší proud). Panel s plochou 1 m2 je schopen podávat při osvětlení sluncem výkon kolem 100 W, což odpovídá účinnosti přeměny 10%.
Pro praktickou potřebu jsou monokrystalické články příliš drahé (vzhledem k technologii vyžadující mimořádnou čistotu materiálů). Větší naději na uplatnění mají tzv. amorfní a multikrystalické články, které jsou pětkrát levnější, avšak jejich účinnost dosahuje prakticky jen 8%. Od roku 1995 se nanášením supertenkých vrstviček vzácných kovů na skleněné desky nebo fólie vyrábějí tzv. pokročilé články vykazující účinnost až 14%, v kosmických solárních komplexech dokonce až 30%.
V případě, že by si někdo chtěl fotovoltaický článek pořídit jako zdroj elektrické energie na chatu nebo rodinný domek, je lepší zvolit systém s akumulátory napojenými na síť. Aby majitelé mohli užívat běžné elektrospotřebiče na střídavý proud, musejí si pořídit kromě drahých akumulátorů ještě i dražší střídač, který akumulátorové napětí 12 nebo 24 V mění na 230V/50Hz. Solární panel v našich zeměpisných podmínkách je schopen během roku dodat 70 až 100 kWh elektrické energie.
Téměř všechny z přibližně dvaceti současných solárních elektráren průmyslového typu pracují v Kalifornii v místech s více než 320 slunečními dny v roce. Počítačem řízené systémy otáčivých naklápěcích zrcadel (tzv. heliosatů) soustřeďují paprsky na trubkovnicový sběrač kotle, umístěného na vysoké věži (elektrárny věžového typu). U první z nich, Solar One, spuštěné roku 1985, se voda v trubkovnici zahřívá na 560°C a pára pohání turboalternátor o výkonu 12 MW. Celkovou účinnost přeměny 6% se podařilo u dalších elektráren věžového typu SEGS (Solar Energy Generating System) s výkonem po 30 MW zlepšit na 30%. Zrcadla s plochou 20 až 40 m2 ze speciálního skla dodávaného německou sklárnou Schott Glass trpí prachem, musí se týdně omývat speciálními kropicími automobily a každá vichřice způsobí pohromu.
Další možností jsou kolektorové sluneční elektrárny. Sluneční paprsky zkoncentrované čočkami nebo dutými zrcadly v naklápěcích trubkových kolektorech ohřívají v ohnisku olej nebo freon na několik stovek stupňů Celsia. Horkým médiem v okruhu se teplo přenáší výměníkem na vodu a páru k pohonu turbogenerátoru. Účinnost je nižší než u věžových elektráren, odpadá však potřeba tisíců choulostivých heliostatů.
Na několika místech světa byly experimentálně instalovány řady fotovoltaických panelů s výkony až do 500 kW. Jedna z takových pokusných elektráren je také umístěna ve Vídni, která uvedla, že za 8 měsíců jednoho roku vyrobila 7704 kWh. To je množství, které jeden blok dukovanské elektrárny vyrobí přibližně za 1 minutu (7333 kWh/min.). Životnost uvedené fotovoltaické elektrárny je 30 let. Kdyby ročně vyrobila 15 000 kWh (což je asi víc než skutečné hodnoty), za celou dobu své životnosti by vyprodukovala 450 MWh. Přitom 1 blok dukovanské elektrárny vyrobí 440 MWh za jedinou hodinu. Při uvážení náročnosti a nákladnosti výroby fotovoltaických článků je vidět, že v současné době nemají tyto elektrárny velkou naději na život a čeká je ještě velmi dlouhý vývoj.