①光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然后由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換，后一過程為熱—電轉換。
②光—電轉換。其基本原理是利用光生伏應將太陽輻射能直接轉換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。
光化利用：這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。
光生物利用：通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。
太陽主要以電磁輻射的形式給地球帶來光與熱。太陽輻射波長主要分布在0.25～ 2.5μm范圍內。從光熱效應來講,太陽光譜中的紅外波段直接產生熱效應,而絕大部分光不能直接產生熱量。我們感覺在強烈的陽光下的溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽光線,從而產生光熱轉換的緣故。從物理角度來講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉化為熱能。因此為了限度地實現太陽能的光熱轉換,似乎用黑色的涂層材料就可滿足了,但實際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長范圍在2～ 100μm之間,黑體輻射的強度分布只與溫度和波長有關,輻射強度的峰值對應的波長在10μm附近[3]。由此可見,太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實現的太陽能熱轉換
系統中的集熱元件。其功能相當于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是，太陽能集熱器利用的是太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在太陽照射度達到一定值的時候。
目前中國市場上最常見的是全玻璃太陽能真空集熱管。結構分為外管、內管，在內管外壁鍍有選擇性吸收涂層。平板集熱器的集熱面板上鍍有黑鉻等吸熱膜，金屬管焊接在集熱板上，平板集熱器較真空管集熱器成本稍高，近幾年平板集熱器呈現上升趨勢，尤其在高層住宅的陽臺式太陽能熱水器方面有獨特優勢。全玻璃太陽能集熱真空管一般為高硼硅3.3特硬玻璃制造，選擇性吸熱膜采用真空濺射選擇性鍍膜工藝。
一般家用太陽能熱水器需要自動或半自動運行，控制系統是不可少的，常用的控制器是自動上水、水滿斷水并顯示水溫和水位，帶電輔助加熱的太陽能熱水器還有漏電保護、防干燒等功能。市場上有手機短信控制的智能化太陽能熱水器，具有水溫水位查詢、故障報警、啟動上水、關閉上水、啟動電加熱等功能，方便了用戶。