L'energia solar tèrmica consisteix en l'aprofitament directe, en forma d'escalfament o energia calorífica, de la radiació solar incident.
Una instal·lació solar tèrmica està formada bàsicament per un camp de captadors solars, un conjunt de canonades aïllades tèrmicament i un dispositiu acumulador d'aigua.
Una de les més rendibles i comunes és la producció d'aigua calenta sanitària (ACS).
Normalment les instal·lacions no es dimensionen per a resoldre el 100% de les necessitats d'aigua calenta, ja que la superfície exigida per a cobrir aquestes necessitats a l'hivern, quan menys radiació hi ha, donaria lloc a la construcció de grans centrals difícilment amortitzables.
El més comú, per tant, és combinar la instal·lació solar amb un sistema de escalfament convencional (de gas, elèctric, etc) de forma que el dispositiu solar resol un part del consum d'energia (fracció solar) i la resta utilitza el sistema convencional.
Una altra de les aplicacions possibles és la calefacció d'un local o habitatge, que es pot fer mitjançant la introducció d'aire calent al seu interior o bé mitjançant elements calefactors dins dels quals circula aigua.
De la mateixa manera l'aprofitament de la radiació solar per a la calefacció es pot realitzar mitjançant captadors d'aire o d'aigua.
Tanmateix, la calefacció d'un habitatge amb energia solar presenta unes peculiaritats que fan que, tot i ser tècnicament possible, requereix d'una anàlisi més complexe, doncs cal estudiar l'estacionalitat de la demanda (centralitzada exclusivament en els mesos d'hivern) que pot provocar una utilització anual baixa del sistema solar.
Aquesta característica es pot minimitzar dimensionant la instal·lació per tal de cobrir només una petita part de la calefacció (15-25%) i dedicant el sistema durant la resta de l ́any a la producció d'aigua calenta sanitària.
La resta de necessitats per a calefacció i les puntes de demanda les proporciona el sistema convencional de suport.
Com que els captadors solars, utilitzats en la majoria de les instal·lacions de calefacció, treballen a temperatures baixes, no és adequat utilitzar radiadors convencionals.
Per això s'usen altres sistemes de calefacció com el terra radiant, els radiadors sobredimensionats o els convectors forçats "Fan-coils" o ventiloconvectors.
La climatització de piscines també és possible amb un sistema solar tèrmic: el Reglament d'instal·lacions tèrmiques als edificis (RITE) especifica que el consum d'energies convencionals per a l'escalfament de piscines és permès només quan aquestes estiguin instal·lades en locals tancats.
Per tant, l'energia solar tèrmica és l'opció més adequada per a climatitzar una piscina a l'aire lliure.
Per últim, també es pot produir fred a partir de calor, la refrigeració solar, mitjançant una màquina d'absorció.
Tanmateix encara que la refrigeració solar és possible, es necessita una temperatura superior als 80oC per aconseguir el procés, per tant s'ha de disposar de captadors solars específics que permetin assolir aquestes temperatures.
Normalment els captadors utilitzats són els de tub de buit o els CPC, on uns reflectors cilindroparabòlics concentren la radiació solar sobre l'absorbidor.
L'energia solar tèrmica consisteix en l'aprofitament de la calor que proporciona la insolació per transferir-la posteriorment a un element portador, normalment aigua o aire per a producció d'aigua calenta sanitària (ACS) i/o climatització dels edificis.