人類將太陽能作為一種能源和動力加以利用只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”和“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來的事。太陽能轉(zhuǎn)換利用主要指利用太陽輻射實現(xiàn)采暖、采光、熱水供應(yīng)、發(fā)電、水質(zhì)凈化以及空調(diào)制冷等能量轉(zhuǎn)換過程，滿足人們生活、工業(yè)應(yīng)用以及國防科技需求的專門研究領(lǐng)域，主要包括太陽能光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學轉(zhuǎn)換等。太陽能光熱利用指將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能加以利用，如供應(yīng)熱水、熱力發(fā)電、驅(qū)動動力裝置、驅(qū)動制冷循環(huán)、海水淡化、采暖和強化自然通風等;光電利用指通過太陽能電池的光伏效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能加以利用的過程;光化學利用則包括植物光合作用、太陽能光解水制氫、熱解水制氫以及天然氣重整等轉(zhuǎn)換過程。太陽能轉(zhuǎn)換利用涉及的理論基礎(chǔ)包括工程熱物理的幾乎所有分支學科，關(guān)系最密切的是工程熱力學、傳熱傳質(zhì)學和熱物性學;要構(gòu)成有實用價值的太陽能利用系統(tǒng)，還需要進行熱力系統(tǒng)動態(tài)學研究。太陽能轉(zhuǎn)換利用還和化學、材料科學、光學工程、建筑科學，生物科學等學科有著密切聯(lián)系，是一門綜合性強，學科交叉特色鮮明的研究分支。

太陽能是最重要的可再生能源之一，資源總量大，分布廣泛，使用清潔，不存在資源枯竭問題。進入21世紀以來，太陽能利用有令人振奮的新進展，太陽能熱水器、太陽能電池等產(chǎn)品年產(chǎn)量一直保持30%以上的增長速率，被稱為“世界增長最快的能源”。我國太陽能熱水器與德國的風力發(fā)電、日本的太陽電池一樣位居世界第一，盡管在能源結(jié)構(gòu)中所占比例還很小，但在某些特定領(lǐng)域和地區(qū)卻發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

太陽能資源開發(fā)利用的關(guān)鍵，是解決高效收集和轉(zhuǎn)化過程中涉及的能量利用系統(tǒng)形式、能量蓄存和調(diào)節(jié)、材料研究和選擇等等問題。除傳統(tǒng)的太陽能熱水系統(tǒng)，還有太陽能干燥、太陽能溫室、太陽能照明和太陽能養(yǎng)殖等系統(tǒng)和領(lǐng)域，太陽能開發(fā)利用是建筑能源的一個重要方面，也是國防科技以及未來電力有很大潛力的領(lǐng)域。從能源戰(zhàn)略發(fā)展角度講，太陽能轉(zhuǎn)換利用的研究能為解決能源供應(yīng)可持續(xù)發(fā)展問題做出貢獻，有利于減少化石能源引起的環(huán)境污染及全球性溫室效應(yīng)，是實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)多元化，構(gòu)成可持續(xù)能源系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，太陽能的熱利用在替代高含碳燃料的能源生產(chǎn)和終端利用中大有用武之地;其主要領(lǐng)域是太陽能熱發(fā)電(能源產(chǎn)出)和建筑用能(終端直接用能)，包括采暖、空調(diào)和熱水(約占總能耗的25%~35%)。下面主要介紹太陽能熱應(yīng)用的幾個重要方面。