Zonne-energie is de schoonste en meest onuitputtelijke van alle bekende energiebronnen. Zonnestraling is de warmte, het licht en andere straling die door de zon wordt uitgezonden. Zonnestraling bevat enorme hoeveelheden energie en is verantwoordelijk voor bijna alle natuurlijke processen op aarde. De energie van de zon, hoewel overvloedig aanwezig, was tot voor kort moeilijk direct te benutten.
Zonne-energie kan worden onderverdeeld in twee categorieën: thermisch en licht. Fotovoltaïsche cellen (PV) maken gebruik van halfgeleidertechnologie om lichtenergie direct om te zetten in elektrische stroom die direct kan worden gebruikt of kan worden opgeslagen in een batterij voor later gebruik. PV-panelen worden nu op grote schaal gebruikt omdat ze zeer veelzijdig zijn en eenvoudig op gebouwen en andere constructies kunnen worden gemonteerd. Ze kunnen een schone, hernieuwbare energiebron vormen die het gebruik van het elektriciteitsnet kan aanvullen en daarmee minimaliseren. In regio's zonder elektriciteitsnet, zoals afgelegen gemeenschappen, noodtelefoons, enz., kan PV-energie een betrouwbare elektriciteitsvoorziening leveren. Het nadeel van PV-panelen is hun hoge kostprijs en relatief lage energieomzettingsgraad (slechts 13-15%). Thermische zonne-energie heeft daarentegen een gemiddeld rendement dat 4-5 keer zo hoog is als dat van PV en is daarom veel goedkoper per eenheid geproduceerde energie.
Thermische energie kan worden gebruikt om gebouwen passief te verwarmen door gebruik te maken van bepaalde bouwmaterialen en architectonisch ontwerp, of direct om water voor huishoudelijk gebruik te verwarmen. In veel regio's zijn zonneboilers nu een haalbare aanvulling op of alternatief voor de productie van warm water op elektriciteit of gas.
De thermische energie die door de zon wordt opgewekt, kan voor een groot aantal toepassingen worden gebruikt, waaronder het produceren van warm water, het verwarmen van ruimtes en zelfs het koelen via absorptiekoeltechnologie.
Het gebruik van zonne-energie en andere vormen van hernieuwbare energie vermindert de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen voor energieproductie, wat direct leidt tot een lagere CO2-uitstoot. CO2-uitstoot draagt bij aan de opwarming van de aarde, een milieuprobleem dat nu zeer zorgwekkend is. Een gemiddeld huishouden kan de CO2-uitstoot met maar liefst 20% verminderen door een zonnecollector te installeren.
Vlakkeplaatcollectoren worden al tientallen jaren gebruikt, maar slechts in relatief beperkte aantallen, met name in westerse landen. Vacuümbuizen worden ook al meer dan 20 jaar gebruikt, maar zijn veel duurder dan de vlakkeplaatcollector en worden daarom alleen gekozen voor toepassingen met hoge temperaturen of door mensen met geld.
De afgelopen jaren is het productievolume van vacuümbuizen explosief gestegen, wat heeft geleid tot aanzienlijk lagere productie- en materiaalkosten. Het resultaat is dat vacuümbuizen nu qua prijs vergelijkbaar zijn met een vlakke plaat. Dankzij de isolerende voordelen van de vacuümbuis worden ze echter wereldwijd de standaardkeuze voor thermische zonne-energietoepassingen.
