การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์มีสองวิธี วิธีหนึ่งคือโหมดการแปลงแสงเป็นความร้อนเป็นไฟฟ้า อีกวิธีหนึ่งคือโหมดการแปลงโดยตรงของแสงเป็นไฟฟ้า
(1) วิธีการแปลงแสงเป็นความร้อนเป็นไฟฟ้าใช้ความร้อนที่เกิดจากรังสีดวงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไป ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะแปลงความร้อนที่ดูดซับเป็นไอน้ำของตัวกลางทำงาน จากนั้นจึงขับเคลื่อนกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กระบวนการเดิมคือกระบวนการแปลงแสงเป็นความร้อน ขั้นตอนหลังเป็นกระบวนการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า คล้ายกับการผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อนทั่วไป ข้อเสียของพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์คือประสิทธิภาพต่ำมากและต้นทุนสูงมาก มีการประเมินว่าการลงทุนด้านพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์มีราคาแพงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปอย่างน้อย 5 ~ 10 เท่า โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1000MW ต้องใช้เงินลงทุน 2 พันล้านดอลลาร์ถึง 2.5 พันล้านดอลลาร์ โดยมีการลงทุนเฉลี่ย 2,000 ถึง 2,500 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับ 1kW ดังนั้นจึงสามารถใช้ในขนาดเล็กสำหรับโอกาสพิเศษเท่านั้น ในขณะที่การใช้งานขนาดใหญ่นั้นไม่ประหยัดทางเศรษฐกิจและไม่สามารถแข่งขันกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนหรือนิวเคลียร์ทั่วไปได้
(2) โหมดการแปลงโฟโตอิเล็กทริกโดยตรง โหมดนี้คือการใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก รังสีดวงอาทิตย์สามารถแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง อุปกรณ์พื้นฐานของการแปลงโฟโตอิเล็กทริกคือเซลล์แสงอาทิตย์ โซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากเอฟเฟกต์โฟโตจีนิกโวลต์ เป็นโฟโตไดโอดสารกึ่งตัวนำ เมื่อแสงอาทิตย์ส่องมาที่โฟโตไดโอด โฟโตไดโอดจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟฟ้า เมื่อเซลล์จำนวนมากเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมหรือแบบขนาน เซลล์เหล่านี้สามารถสร้างอาร์เรย์เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีกำลังขับค่อนข้างมาก เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานใหม่ที่มีแนวโน้มดี ซึ่งมีข้อดี 3 ประการคือ ความคงทน ความสะอาด และความยืดหยุ่น เซลล์แสงอาทิตย์มีอายุการใช้งานยาวนาน ตราบใดที่มีแสงอาทิตย์ โซลาร์เซลล์ ก็ใช้ได้นานด้วยการลงทุนครั้งเดียว เมื่อเทียบกับการผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อนและการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์แล้ว เซลล์แสงอาทิตย์ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม เซลล์แสงอาทิตย์สามารถเป็นได้ทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็ก ตั้งแต่ขนาดของสถานีไฟฟ้าขนาดกลางเมกะกิโลวัตต์ไปจนถึงขนาดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ในครัวเรือนเพียงชุดเดียว ซึ่งไม่มีแหล่งพลังงานอื่นเทียบได้
