کاربردهای انرژی خورشیدی را می‌توان به دو گروه کاربردهای حرارتی و کاربردهای الکتریکی دسته‌بندی کرد.
1.كاربردهای حرارتی انرژی خورشید
آب گرم‌كن، آب شیرین‌كن، خشك‌كن، موتورهای خورشیدی و ...
2.كاربردهای الكتریكی انرژی خورشید
سیستم فتوولتائیك
نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی
سهموی خطی، دریافت‌كننده مركزی، شلجمی بشقابی، برج‌های نیرو
كاربردهای حرارتی، سیستم‌هایی را در بر می‌گیرد که اغلب بر پایه گردآورنده‌های حرارتی با دمای پایین عمل کرده و انرژی خورشیدی برای مصرف نهایی حرارتی استفاده می‌شوند. سیستم‌های حرارتی خورشیدی جهت کارکرد پیوسته و شبانه‌روزی نیاز به یک بخش ذخیره دارند تا با ذخیره انرژی حرارتی خورشید در ساعات آفتابی، حرارت مورد نیاز را برای استفاده در سایر زمان‌ها ممکن نمایند. علی‌رغم پیشرفت تکنولوژی هنوز ذخیره کردن حرارت برای مدت‌های طولانی عملی نیست و در نتیجه بیشتر سیستم‌های حرارتی خورشیدی از سیستم‌های ثانویه‌ای که با انرژی فسیلی کار می‌کنند، به عنوان مکمل سیستم استفاده می‌کنند.
كاربردهای الکتریکی انرژی خورشید
فناوری های تولید برق خورشیدی در حال حاضر دارای پیشرفت های نوید بخشی می باشند و می توان انتظار داشت، که در آینده نزدیک با پیشرفت و توسعه فناوری های مختلف تولید برق خورشیدی و کاهش مداوم قیمت تولید برق با این روش ها، نیروگاه های خورشیدی سهم قابل قبولی از مجموع تولید برق مورد نیاز جهان را به خود اختصاص دهند. احداث نیروگاه های خورشیدی انتخاب مناسبی در راستای اهداف دراز مدت تامین انرژی الکتریکی با در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی محسوب می گردد. بزرگترین مانع احداث نیروگاه های خورشیدی در حال حاضر هزینه ویژه سرمایه گذاری نسبتا بالای این نیروگاه ها است. البته اگر هزینه های ناشی از اثرات مخرب سوختهای فسیلی بر محیط زیست به قیمت آنها اضافه شود، هزینه تولید برق در برخی از نیروگاه های خورشیدی کمتر از هزینه تولید برق در نیروگاه های سوخت فسیلی خواهد بود.
تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی، یا از طریق تبدیل مستقیم آن در نیروگاه‌های فتوولتاییک و یا با تبدیل غیر مستقیم آن در نیروگاه‌های حرارتی – خورشیدی صورت می‌پذیرد.
در حال حاضر، بیش از ۹۹ درصد از برق تولیدی ناشی از انرژی خورشیدی توسط نیروگاه‌های فتوولتاییک (PV) تولید می‌شود و کمتر از ۱ درصد بقیه توسط نیروگاه‌های حرارتی-خورشیدی (CSP) تولید می‌گردد.
تولید برق توسط سیکل‌های ترکیبی خورشیدی-فسیلی (ISCC) فراتر از مرحله مطالعات امکان‌سنجی رفته و چندین پروژه عملیاتی در جهان، از جمله در مراکش، مصر، الجزایر و ایران، به بهره‌برداری رسیده یا در حال اجرا است.
به عنوان مثال:
روژه‌های ISCC (Integrated Solar Combined Cycle) در ایران، که ترکیبی از فناوری خورشیدی متمرکز (معمولاً با استفاده از کلکتورهای سهموی) و سیکل ترکیبی گازی-بخاری هستند، به عنوان یکی از راهکارهای کلیدی برای بهره‌برداری از پتانسیل بالای خورشیدی ایران توسعه یافته‌اند. این پروژه‌ها با هدف کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی، افزایش راندمان و کاهش انتشار آلاینده‌ها طراحی شده‌اند. بر اساس اطلاعات به‌روز (تا سال ۲۰۲۵)، تنها پروژه عملیاتی عمده در ایران، نیروگاه یزد است، اما مطالعات امکان‌سنجی و برنامه‌ریزی برای پروژه‌های جدید (مانند پروژه‌های پیشنهادی در مناطق کویری) ادامه دارد. در ادامه، جزئیات کلیدی این پروژه‌ها را بر اساس منابع معتبر بررسی می‌کنیم.۱. نیروگاه خورشیدی یزد (Yazd Integrated Solar Combined Cycle Power Station)این پروژه، اولین و اصلی‌ترین ISCC در ایران است و به عنوان یکی از پیشگامان جهانی در این فناوری شناخته می‌شود.
موقعیت جغرافیایی:
نزدیک شهر یزد (با تابش مستقیم خورشیدی DNI حدود ۲۵۱۱ کیلووات‌ساعت بر مترمربع در سال، که آن را به سایت ایدئال تبدیل کرده است).
ظرفیت کل: ۴۶۷ مگاوات (شامل ۱۷ مگاوات از بخش خورشیدی، دو توربین گازی هر کدام حدود ۱۵۰ مگاوات، و یک واحد بخار ۱۵۰ مگاوات).
فناوری:
بخش خورشیدی: کلکتورهای سهموی (Parabolic Trough Collectors - PTC) برای تولید بخار با استفاده از سیال انتقال حرارت (HTF).
بخش ترکیبی: توربین‌های گازی و بخار برای بهره‌برداری از حرارت خورشیدی و گاز طبیعی.
تاریخچه و وضعیت:
مطالعات امکان‌سنجی: از سال ۱۹۹۴ توسط گروه کارشناسی مشترک آلمان-ایران (با حمایت وزارت محیط زیست آلمان و شرکت توسعه برق ایران - IPDC) آغاز شد.
ساخت: توسط شرکت‌های Fichtner Solar و NIROO Research Institute (مرکز تحقیقات برق ایران).
بهره‌برداری: بخش ترکیبی در ۲۰۰۹، و بخش خورشیدی کامل در ۲۰۱۰ (بعضی منابع ۲۰۱۱ ذکر کرده‌اند).
وضعیت فعلی: عملیاتی و در حال کار (تا ۲۰۲۵، بدون گزارش توقف عمده).
راندمان و عملکرد:
راندمان حرارتی کلی: حدود ۴۸.۲۵% (بر اساس تحلیل‌های ترمودینامیکی).
تحلیل اگزرژی: بیشترین اتلاف اگزرژی در محفظه احتراق (۲۹.۶۲%)، سپس میدان خورشیدی (۹%) و اگزوز (۷.۷۸%) رخ می‌دهد. اتلاف انرژی اصلی در کندانسور (۳۵.۹۴%) و دودکش (۱۰.۱۵%) است.
تولید سالانه: کمک خورشیدی به حدود ۱۷ مگاوات معادل، که در سال‌های اوج تابش (با دمای بالا) جبران کاهش راندمان توربین‌های گازی را می‌کند.
مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی:
هزینه سطحی انرژی (LEC): ۱۰% کمتر از سیکل ترکیبی ساده و ۳۳% کمتر از توربین گازی (با احتساب هزینه‌های زیست‌محیطی).
صرفه‌جویی: کاهش مصرف گاز طبیعی و انتشار CO₂، با پتانسیل صرفه‌جویی سالانه میلیون‌ها دلار در هزینه‌های سوخت و مالیات آلایندگی.
چالش‌ها: هزینه اولیه بالا برای بخش خورشیدی، وابستگی به واردات تجهیزات، و نیاز به نگهداری کلکتورها در برابر گردوغبار کویری.
نقش در شبکه: کمک به پایداری شبکه برق ایران در فصل‌های گرم، جایی که دمای بالا راندمان توربین‌ها را کاهش می‌دهد.
پروژه‌های پیشنهادی یا در حال مطالعه
پروژه‌های برنامه‌ریزی‌شده: ایران پتانسیل بالایی برای گسترش ISCC در مناطق کویری مانند کرمان، سیستان و بلوچستان، و فارس دارد. مطالعات NIROO و ساتبا (سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر) نشان‌دهنده برنامه‌هایی برای پروژه‌های ۳۰۰-۵۰۰ مگاواتی با سهم خورشیدی ۲۰-۳۰% است، اما تا ۲۰۲۵، تنها یزد عملیاتی است. پروژه‌هایی مانند "ISCC-67" (با ۶۷ مگاوات خورشیدی) در مطالعات اولیه یزد پیشنهاد شده بود، اما به نسخه ۱۷ مگاواتی محدود شد.
تحلیل‌های اخیر: مطالعاتی در ۲۰۲۱-۲۰۲۵ بر بهینه‌سازی ISCC با الگوریتم‌های ژنتیک تمرکز کرده‌اند، که هزینه سرمایه‌گذاری، اتلاف اگزرژی و هزینه برق را کاهش می‌دهد. برای مثال، یک مدل پیشنهادی در یزد می‌تواند راندمان را به ۵۴% برساند و انتشارات را ۱۰% کاهش دهد.