امروزه، نوآوری ها، سرمایه گذاری ها، و پیشرفت های فنی و علمی فناوری هایی در زمینه انرژی خورشیدی به وجود آورده که با تولید اکتریسیته تاکید بر لزوم وجود زیرساخت ضروری الکتریکی را کاهش می دهند.

مهم ترین فناوری های موجود در زمینه انرژی خورشیدی فناوری های خورشیدی حرارتی، تمرکز انرژی خورشیدی، و فتوولتائیک هستند.
تجهیزات خورشیدی حرارتی از گرمای مستقیم خورشید استفاده کرده و از آن برای هر کاری، از گرم کردن استخرهای شنا گرفته تا تولید بخار در نیروگاه های برق استفاده می کنند.
نیروگاه هایی که انرژی خورشیدی را متمرکز می کنند با تبدیل آفتاب به حرارت های بالا توسط آینه های بزرگ و سپس انتقال انرژی این حرارت به ژنراتورهای معمولی برق تولید می کنند. این نیروگاه ها متشکل از دو بخش هستند – یکی که انرژی خورشیدی را جمع آوری و به حرارت تبدیل می کند، و دیگری که انرژی حرارتی را به الکتریسیته تبدیل می کند.
از دو شیوه حرارتی خورشیدی و تمرکز انرژی خورشیدی در سرتاسر جهان استفاده شده که این امر به رشد فناوری های تجدید شونده خورشیدی کمک می کند. اما سریع ترین روند رشد در این زمینه به فناوری فتوولتائیک مربوط می شود. این کلمه متشکل است از فتو به معنی نور و ولتائیک به معنی تولید ولتاژ.
سلول های فتوولتائیک از آفتاب سوخت می گیرند، نه از حرارت. این سلول ها که غالبا از سیلیکن نیمه هادی ساخته شده اند، نور آفتاب را مستقیما به برق تبدیل می کنند.
دن آرویزو مدیر آزمایشگاه ملی انرژی تجدید شونده وزارت انرژی ایالات متحده واقع در کلرادو می گوید، " فتوولتائیک فناوری بسیار زیباتری است. فتوولتائیک یکی از بزرگ ترین برنامه های در حال اجرای وزارت انرژی است. در واقع، بزرگ ترین برنامه ما در آزمایشگاه است."
ساده ترین سلول های فتوولتائیک نیروی مورد نیاز ساعت های مچی و ماشین حساب ها را تامین می کنند؛ سیستم های پیچیده تر با اتصال به شبکه برق، برق مورد نیاز برای پمپاژ آب، راه انداختن تجهیزات ارتباطی، روشن کردن منازل و کار کارخانه ها را تامین می کنند.
در فرایند فتوولتائیک، ذرات نور که فوتون نام داشته به داخل سلول ها نفوذ کرده و با آزاد کردن الکترون از اتم های سیلیکن جریان الکتریکی تولید می کنند. تا زمانی که تابش نور به داخل سلول در جریان باشد، الکتریسیته تولید می شود. این سلول ها الکترون های خود را مانند باتری ها تمام نمی کنند – آنها مبدل هایی بوده که یک نوع انرژی (خورشیدی) را به نوعی دیگر (جریان الکترون ها) تبدیل می کند.
سلول های فتوولتائیک معمولا در مدول هایی که هر یک از 40 سلول تشکیل شده ترکیب می شوند. ده مدول اینچنینی در یک مجموعه فتوولتائیک نصب می شود. با استفاده از این مجموعه ها می توان به اندازه یک ساختمان، یا در تعداد بیشتر به اندازه یک نیروگاه برق تولید کرد.

به گفته آرویزو، اگر چه هزینه بیشتر است، اما "در میان فناوری های خورشیدی، بیشترین فعالیت در زمینه فتوولتائیک صورت می گیرد. هزینه هر کیلووات ساعت برق تولید شده با روش فتوولتائیک 20 تا 25 سنت است. اما به دلیل شکل مدولار این فناوری، می توان آن را در سیستم های کوچک تر اجرا کرد." در مقایسه، هزینه هر کیلووات ساعت برق تولید شده با فناوری باد پنج تا شش سنت است.
چاک مک گوین، رهبر فنی در زمینه انرژی باد در موسسه تحقیقات نیروی برق که مرکز مستقل و غیر انتفاعی ای است، می گوید بخشی از دلیل گرانی فناوری خورشیدی در مقایسه با دیگر انواع فناوری های انرژی های تجدید شونده راندمان تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته است.
"راندمان تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته چیزی در حدود 10 درصد است. اگر فقط 10 درصد از انرژی به برق تبدیل می شود، پس یعنی 90 درصد دیگر آن به صورت گرما تلف می شود. در صورتی که راندمان تبدیل 20 درصد بود، مساحت سلول های خورشیدی لازم برای تولید برق با ضریب دو کاهش می یافت."
آرویزو گفت، علی رغم هزینه، یکی از مزیت های سیستم های فتوولتائیک این است که می توان از آنها در مناطق دور دست استفاده کرد. "در هر جایی که ژنراتورهای دیزلی فناوری منتخب محسوب شده، سیستم های فتوولتائیک از لحاظ هزینه در دراز مدت اغلب گزینه برتر محسوب می شوند."
سیستم های خوداتکا مستقل از شبکه برق نیرو تولید می کنند. در برخی مکان هایی که خارج از شبکه قرار داشته، حتی با فاصله نیم کیلومتر از خطوط برق، استفاده سیستم های خوداتکا فتوولتائیک می تواند از کشیدن انشعاب مقرون به صرفه تر باشد. این سیستم ها خصوصا برای مناطق دور، و از لحاظ زیست محیطی حساسی مانند پارک های ملی، کلبه ها، خانه های واقع در مناطق دور مناسب است.
در بسیاری از مناطق روستایی، از مجموعه های خورشیدی کوچک خوداتکا برای روشنایی، شارژ حصارهای برقی و پمپاژ آب برای دام ها استفاده می شود. بعضی از سیستم های مرکب انرژی خورشیدی را با انرژی باد یا دیزل ترکیب می کنند.
مزیت دیگر فناوری فتوولتائیک این است که می تواند با مصالح ساختمانی ترکیب شده و در خود ساختمان و نه فقط روی سقف جاسازی شود.
در چنین ساختمان هایی، سیستم های فتوولتائیک تبدیل به بخشی از عناصر تشکیل دهنده ساختمان می شوند.
مک گوین گفت، "شرکت ها پانل های خورشیدی ای تولید کرده که شبیه مصالح ساختمانی هستند – برای مثال توفال های شیروانی. همچنین می توان با قرار دادن لایه ای نازک [از موادی با نام آمورفوس سیلیکن] روی شیشه، پنجره های سلول های خورشیدی تولید کرد."
صنعت فتوولتائیک در سرتاسر جهان صنعت چند میلیارد دلاری ای بوده که در حال کمک کردن به رشد و توسعه فناوری خورشیدی است.

برنامه سیستم های نیروی فتوولتائیک برای مثال، موافقتنامه تحقیق و توسعه گروهی ای بوده که آژانس بین المللی انرژی از آن حمایت می کند.
این طرح از طریق شبکه ای از تیم های ملی کشورهای عضو، که شامل ایالات متحده هم می شود، فعالیت می کند. ماموریت آن "بهبود همکاری های بین المللی ای است که موجب می شوند انرژی خورشیدی فتوولتائیک در آینده نزدیک به منبع انرژی تجدید شونده مهمی مبدل گردد."
به گفته آژانس بین المللی انرژی، این طرح فرض می کند که سیستم های فتوولتائیک ساختمانی، بازار سیستم های فتوولتائیک را به تدریج از بازارهای محلی کابردهای در دور دست ها و محصولات مصرفی به سمت بازارهای گسترده تری هدایت خواهد کرد.
به منظور حمایت از این گسترش، شرکای این برنامه – 21 کشور و کمیسیون اروپا – جهت کاهش هزینه فناوری فتوولتائیک و از میان برداشتن مشکلات فنی و سایر موانع برسر راه توسعه آن، اطلاعات خود در خصوص عملکرد سیستم های فتوولتائیک، دستورالعمل های طراحی، روش های برنامه ریزی و دیگر جوانب این فناوری را به اشتراک می گذارند.
تحقیقات در آزمایشگاه ملی انرژی تجدید شونده، در حال کمک به کاهش های احتمالی در هزینه فتوولتائیک است. پیشرفت های مهم علمی شامل سازه های نانو (در سطح مولکولی) و نقطه ها و میله های کوانتوم است. اینها ذرات آنچنان کوچکی از ماده هستند که اضافه کردن یا کم کردن یک الکترون می تواند در خواص آنها تغییر ایجاد کند.
آرویزو گفت، "چون مهندسی در سطح مولکولی انجام و کارایی لازم در آنجا گرفته می شود، مفاهیم جدیدی در زمینه سازه های نانو در حال شکل گیری است [که راندمان را افزایش و هزینه را کاهش می دهد]."
برای جامعه علمی، نقطه ها و میله های کوانتوم فرصت دست یافتن به راندمان های بسیار بالایی را فراهم می کنند. راندمان های معمول در سیستم های فتوولتائیک بین 10 تا 15 درصد بوده، و این پیشرفت ها می تواند این رقم را به بیشتر از 50 برساند."
پیش بینی اینکه چنین فناوری هایی چه زمان به بازار می رسد دشوار است، اما آرویزو گفت سیستم های فتوولتائیک عملی "مطمئنا در همان چارچوب زمانی سلول های سوختی و افتصاد هیدروژنی قرار دارند."
او افزود، فناوری سازه های نانو احتمالا تا 20 سال دیگر در دسترس خواهد بود، "اما آنچه که مردم را واقعا به هیجان می آورد این واقعیت است که می توان فناوری روز را به این سیستم های پیشرفته تبدیل کرد – بدون نیاز به یک تغییر مدل جدید.