历史的车轮驶入21世纪，人类对太阳能的利用又进入一个新时代。太阳能的利用领域进一步扩大，太阳能利用新技术不断涌现。2008年9月25日，我国“神舟”七号载人宇宙飞船成功发射。在载人航天工程七大系统中，飞船的电力系统是飞船系统的分系统，为飞船提供飞行动力。太阳能电池就是“神舟”七号的电力系统件。电池板上密密麻麻地布满单晶硅高效单体电池，整个飞船上共使用一万多片，成为一个电池阵。飞船的电能的直接来源就是太阳能电池阵，没有它，飞船就不能工作。电池阵把光能转换成电能，源源不断地输送给飞船中的其他系统。电池阵集合了供电阵和充电阵等几大单元。其中供电阵能为飞船直接供电，充电阵为蓄电池组充电。在阴影区，蓄电池组再将储存的电能输出为飞船供电。
飞船在轨道运行时，飞船唯一主动提供能源的子系统便是太阳能电池阵。这些电池板在飞船进入轨道后展开，像一双翅膀，保证飞船正常飞行。这双翅膀由于在太阳角计算仪器、光敏传感器的自动调节下，始终跟着太阳走，无论飞船飞行姿态如何变化，这双翅膀都与太阳保持垂直，让太阳光直射到电池阵，这样光直射强度最大，发电效率最高。与“神舟”七号一起升入太空的还有一颗伴飞卫星，伴飞卫星的星体结构为六面体，其中五个面粘贴太阳能电池，科研人员选用了转换效率较高的三结砷化镓太阳能电池作为基本发电单元，单体电池平均光电转换效率达27％，是我国首次将此类电池批量应用于卫星工程。小小太阳能电池为我国航天事业做出了重要贡献。
太阳能的利用途径
太阳能是一种清洁的巨大可再生能源，就目前来看，太阳能利用途径主要有以下几种：
（1）直接利用太阳光照射，直接获取太阳光的热量，使水分蒸发。比如晒粮食、盐田制盐、晒衣物等。这是最古老、最直接、也是最简单的太阳能利用方法。
（2）光合作用，也就是太阳能的生物转化，通过植物的光合作用把太阳光转化成生物质能储存起来。光合作用是太阳能进入生物系统的渠道。地球上每个绿叶都可以作为一个太阳能集热器，它的面积远远超过其他形式的太阳能集热器面积。目前，许多国家和地区都在用这个办法生产绿色燃料。具体办法就是在不适合种植粮食作物的荒山、荒滩种植绿色植物，然后将收获回来的绿色植物进行生物或化学处理，就可以得到固体或液体燃料。比如我国南方种植的麻风树，可以用来制作生物柴油；木薯和甜高粱可以用来提取燃料乙醇。
（3）通过光热转换，把太阳光转换成热能加以利用。这种方法是利用集热器得到100℃以下的低温热源和1000~4000℃的高温热源。目前这种方法应用比较普遍，比如我们生活中用的太阳能热水器、太阳灶、太阳房，空调、机械能输出、室内采暖、太阳能热发电等。一种是把太阳辐射能转换为热能，即“太阳热发电”。太阳能热发电可分为两种方法：一是采取办法把太阳光折射并集中加热，转换成为高温水蒸气，通过蒸汽涡轮机转化为电；二是可以采用抛物面形的聚光镜将太阳热集中，使用计算机让聚光镜追随太阳转动。后者的热效率很高，将引擎放置在焦点的技术发展的可能性最大。太阳热发电，以色列是全世界技术最为先进的国家。在工农业上的应用有太阳能干燥、太阳能冶炼、太阳能水泵等。此外，海水淡化方面也可以用到太阳能。
（4）进行光电转换，把太阳光转换成电能加以利用。光电转换是利用太阳能的一个重要方法，至今仅有几十年的历史。光电转换就是通过光电器件将太阳光直接转化为电能，目前常用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅光伏发电等，它的核心就是太阳能电池。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。目前太阳能电池只是作为小功率的特殊电源，应用在边远地区和电网难以覆盖的地区。
太阳能集热器
我们知道，太阳能到达地球表面时是比较分散的，要充分收集并使之发挥热能效益就必须采取措施，把分散的太阳光集中在一起，这就要用到太阳能集热器。那么，什么是集热器呢？简单地说，太阳能集热器是在太阳能热系统中接受太阳辐射并向传热工质（多数是水）传递热量的装置。它的主要作用是用来收集热量，然后再与其他装置进行热交换。集热器是利用太阳能的先锋，只有把太阳辐射中的热量收集起来，才能对太阳能进一步加以开发使用。
我们都知道，阳光是由不同波长的光组成的，因而不同的物质和不同的颜色，对光的吸收和反射能力是不同的。黑色吸收阳光能力最强，白色反射阳光的能力最强。因此，我们在炎热的夏天要穿白色或浅颜色的衬衫，这样才能最大限度地反射阳光，保持凉爽；在寒冷的冬天，我们的棉衣都是深颜色或黑色的，这样更有利于吸收太阳光的热量。纸张在阳光照射下，不管阳光多么强，哪怕是在炎热的夏天，也不能被阳光点燃。但是，若利用集光器，把阳光聚集在纸张上，就能将纸张点燃。
我们在孩提时代都玩过这样的游戏，在强烈的阳光下，让阳光照射到凸透镜上，这样在凸透镜的下方就会形成一个红红的火热的焦点，把这个焦点移动到纸片或枯叶上，纸片或枯叶很快就会被点燃。在这里，凸透镜其实就是一个简单的小型集热器，把阳光汇聚到一点，产生高温。科技工作者根据生活和生产实践，通过不断地摸索和改进，制造出许多种集热器。目前来看，集热器大致可以做如下分类。
一、按传热介质分类
吸热部件就是太阳能集热器的核心，它的功能是吸收太阳的辐射能，并向传热介质传递热量。按传热介质分类，可分为液体集热器和空气集热器两大类。其中液体集热器是以液体为传热介质，这种集热器大多用水作介质，也有用煤油作介质的。用水作介质的很常见，比如各种太阳能热水器，都是以水作介质的。在以液体为介质时，此种吸热部件有翼管式、管板式、蛇管式、扁盒式等。用金属材料和非金属材料就可以制成吸热部件。吸热部件的向阳面都涂有黑色涂层，这样更有利于吸热。以空气为传热介质的，可构成多种太阳能干燥器。以空气作为传热介质的太阳能集热器吸热部件的结构，比较常见的有蜂窝式、多孔床式和网格式等。
二、按采光方式分类
定日镜按采光方式分类的不同，可分为聚光型集热器和非聚光型集热器两大类。聚光型集热器利用聚焦原理，就是利用光线的反射和折射原理，采用反射器或折射器把吸收的阳光反射或折射回去，使其集中照射在吸热体较小的面积上，受热面积缩小，自然辐射强度增大。单位面积的辐射强度增大，就可使集热器获得更高的温度。聚光集热器可使阳光聚焦获得高温，焦点可以是点状或线状，用于太阳能电站、房屋的采暖和空调、太阳炉等。按聚光镜构造有菲涅尔透镜、抛物面镜和定日镜。
在法国比利牛斯山的山坡上，有一座太阳能高温炉，拥有一面巨大的太阳能聚光集热器。它是由9500块小镜片拼接而成的聚光反射镜，面积有1830平方米，有9层楼那么高。这面巨大的反射镜把安装在对面山坡上的63块巨型平面镜反射过来的阳光聚焦，在焦点处安装高温熔炉，温度可达4000摄氏度以上。非聚光式集热器是利用温室效应（也称热箱原理）将太阳能转变为热能的设备。平常说的热箱，就是这样一个箱子，箱子的内外壁和箱底涂黑，并加上保温层，不让其透气，用透明的玻璃、玻璃钢或塑料薄膜作箱子的盖板，把箱子正对着太阳放置，让阳光直射在箱子盖板上。当太阳光透过盖板玻璃进入箱内，就被内壁涂层吸收，转变为热能。如果箱平板太阳能集热器内盛水，水就会被加热，这就是热箱。非聚光式平板型集热器是太阳能集热器中最常见的。它的吸热部件基本上为平板形状，吸热面积与采光面积差不多相等，在非聚光型集热器的温室中充入二氧化碳可提高温室效应。
另一种非聚光式太阳能集热器是真空管太阳能集热器。这是一种在平板型太阳能集热器上发展起来的新型集热器，真空管太阳能集热器这种集热器利用真空隔热，并采用选择性吸收涂层来提高集热效率和集热温度。真空管就是这种集热器的核心部件，它主要由内部的吸热部件和外层的玻璃管构成。真空管集热器具有比普通平板型集热器更好的热性能。
按照吸热部件的材料不同，真空管太阳能集热器又可以分为全玻璃真空集热管和玻璃—金属太阳真空集热管两类。全玻璃真空管集热器就像一个拉长的暖水瓶，由两根同心圆的玻璃管组成，内外圆管之间的空间被抽成真空，以抑制空气的对流和传导造成的热损。在内管的外表涂有太阳选择性吸收涂层，构成吸热体，将太阳光能转换为热能，传热工质因此被加热。全玻璃真空太阳能集热管具有透过率和吸收率高、热反射率低、对流热损小以及全年使用时间长等优点，同时制造工艺简单，技术成熟可靠，成本较低，因为存在这些优点，所以全玻璃真空管热水器的使用日益广泛。玻璃—金属真空管是在全玻璃真空管之上研制成功的新一代真空管，与全玻璃真空管不同的是，吸热部件采用金属材料，具有工作温度高、承压能力大等优点。
太阳能的储存
地面上接受到的太阳能受气候、昼夜、季节的影响，具有间断性和不稳定性。如果可以把太阳能储存起来，就像水库把水积蓄起来发电一样，将是一个很不错的办法。因此，对于大规模利用太阳能的人来说把分散的太阳能储存起来变得很重要。太阳能可以直接储存，但是储存的能量有限。如果想有效储存太阳能，必须把太阳能转换成其他形式储存。目前由于技术所限，大容量、长时间、经济地储存太阳能还比较困难。实际上，储存太阳能的道理比较简单，比如我们在日常生活当中，用暖水瓶来保存热水，就是一种对热量的储存。目前，储存太阳能的方法主要有以下几种。
一、直接储存太阳能
我国东北地区有一种暖墙，用土坯、砖或混凝土砌成，墙里面中空，墙的下面是火炉。在寒冷的冬天，点燃火炉，火炉的烟经过暖墙排到室外，暖墙被加热之后，热量储存在暖墙里，需要十几个小时之后才会变凉。这样白天烧火炉，解决了夜间取暖问题。北方地区的火炕，也起到储存热量的作用。同样道理，利用蓄热材料也可实现太阳能的直接储存。太阳能的直接储存分为短期储存和长期储存两类。短期储存可以把太阳能储存几个小时或者几天；长期储存可以把太阳能储存几个月之久。例如太阳房的砂石，就可以起到短期储存太阳能的作用，夜间使用的能量就是白天吸收太阳辐射能量，用于。
太阳池对太阳能的储存就属于长期储存。太阳池是一种具有一定盐浓度梯度的盐水池，能用于采集和储存太阳能。太阳光照射到太阳池的底部，太阳池底部的高浓度盐水吸收太阳光的热量之后，因为含盐的水密度大，不会和上面的水发生对流，这样高温的水始终保存在水池的底部。另外，水池上部的清水像一层厚厚的玻璃，把水池底部的长波辐射阻挡回去，使水池的热量不会流失。这样，太阳能就可以在太阳池中被长期储存了。
在实际应用中，水、沙、石子、土壤等都可作为储能材料，但储能有限。其中水的比热容最大，应用较多。在太阳能低温储存中常用含结晶水的盐类储能，就是应用这个原理制造的太阳池。但在使用中要解决过冷和分层问题，以保证工作温度和使用寿命。太阳能中温储存温度一般在100℃以上、500℃以下，一般在300℃左右。可以作为中温储存的材料有高压热水、有机流体、共晶盐等。太阳能高温储存温度一般在500℃以上，目前正在试验的材料有金属钠、熔融盐等。1000℃以上极高温储存，可以采用氧化铝和氧化锗耐火球。
二、转化为电能储存
把太阳能转变为其他的能是比直接储存更先进的办法，这也是目前比较常见的做法。比如利用太阳能发电，把发出的电输入蓄电池进行储存。常用的是蓄电池，正在研究开发的是超导储能。世界上铅酸蓄电池的发明已有100多年的历史，它利用化学能和电能的可逆转换实现充电和放电。铅酸蓄电池价格较低，但使用寿命短，重量大，需要经常维护。
近来开发成功少维护、免维护的铅酸蓄电池，使其性能有一定提高。目前，与光伏发电系统配套的储能装置大部分为铅酸蓄电池。镍—铜、镍—铁碱性蓄电池使用维护方便，寿命长，重量轻，但价格较贵，一般在储能量小的情况下使用。现有的蓄电池储能密度较低，难以满足大容量、长时间储存电能的要求。最新开发的蓄电池还有银锌电池、钾电池、钠硫电池等。某些金属或合金在极低温度下成为超导体，理论上电能可以在一个超导无电阻的线圈内储存无限长的时间。这种超导储能不经过任何其他能量转换直接储存电能，效率高，启动迅速，可以安装在任何地点，尤其是在消费中心附近，不产生任何污染，但目前超导储能在技术上还不是很成熟，需要继续研究开发。
此外，也可以利用太阳能提水储能，白天利用太阳能把水从低处提到高处的蓄水池中，夜里从蓄水池放水，利用水的落差进行发电，就实现太阳能储存了。
