Solarthermie bezeichnet die direkte Wärmeerzeugung aus der Sonnenstrahlung über Sonnenkollektoren. Diese Wärme kann dann zum Beispiel zur Beheizen von Gebäuden, zur Warmwasserbereitung, aber zum Kühlen und Entfeuchten der Raumluft genutzt werden. Bei der einfachsten technischen Ausführung wird ein Wärmeträgermedium durch schwarze Kunststoffmatten den so genannten Absorbermatten geleitet und von der Sonne erwärmt. Dadurch werden zwar keine hohen Temperaturen erzeugt, allerdings ist diese Technik beispielsweise für die Erwärmung eines Schwimmbeckens hervorragend geeignet.

Die Entwicklung von Sonnenkollektoren hat mittlerweile einen hohen Reifegrad erreicht, der einen zuverlässigen Betrieb über 20 Jahre ermöglicht. Über verbesserte selektive Schichten auf der Absorberoberfläche konnten Abstrahlverluste von Solarkollektoren weiter verringert werden. Verbessert wurden auch deren mechanische Eigenschaften und die Temperaturbeständigkeit dieser Schichten.

Darüber hinaus sind Antireflexschichten unterdessen umweltverträglicher, da Alternativen zur galvanischen Beschichtung gefunden wurden. Bei Flachkollektoren konnten geringere Abstrahlungsverluste durch eine spezielle Oberflächenbehandlung erzielt werden. Niedrigere Durchflussraten durch den Kollektor ermöglichen den Einsatz eines dünneren Rohrsystems und dadurch eine dünnere Dämmung sowie einen geringeren Materialaufwand und die Reduktion des Pumpenstroms. Zur weiteren Kostenreduktion geht der Trend zur Verwendung immer größerer Einzelmodule. Regelungstechnik und Pumpen werden mittlerweile in vormontierten, integrierten Baugruppen geliefert.

Der Kollektor absorbiert die Solarstrahlung und gibt die Wärme an die Solarflüssigkeit ab. In Abhängigkeit von dem Temperaturverhältnis Außenluft/Kollektor beträgt der Kollektorwirkungsgrad üblicherweise 40-80 Prozent. Es können verschiedene Systeme unterschieden werden:

Flachkollektoren
Flachkollektoren sind gut wärmegedämmte, preiswerte und wasserdurchströmter Metallabsorber aus Kupfer oder Aluminium.

Vakuumröhrenkollektoren
Die sehr gute Wärmedämmung wird hier durch ein Vakuum erreicht. Dadurch ist der Wirkungsgrad bei hohen Temperaturunterschieden wie im Winter besonders hoch. Dieser Kollektor ist empfindlicher, benötigt aber weniger Platz.

Luftkollektoren
Luftkollektoren dienen zur Erwärmung von Zuluft bei vorhandener Lüftungsanlage. Wärmeträger hierbei ist Luft statt Wasser. 

Der Speicher
Der Speicher ist das Herz einer Solaranlage. Hier wird die Solarwärme gespeichert, das Trinkwasser erwärmt, die Wärme für die Heizung entnommen und der Zusatzwärmeerzeuger eingebunden. Speicher gibt es in verschieden Größen und Ausführungen (interne oder externe Wärmetauscher, Schichtladesystem, Dämmmaterial).

Die Regelung, Pumpen und Sensoren
Für die optimale Funktion einer Solaranlage sind verschiedenen Regelstrategien sowie Einflüsse äußerer Bedingungen entscheidend.

Frei programmierbare Regelung
Es gibt Regler, die die gängigen Hydraulikverschaltungen programmiert haben und danach arbeiten. Es gibt auch freiprogrammierbare Regelungen, die an jedes Hydraulikschema oder für die Zukunft angepasst werden können. Pumpen dienen der Verteilung der Wärme. Diese sollten energiesparend sein. Sensoren liefern die notwendigen Werte für die Regelung der Anlage. 

Solarkollektoren sammeln Sonnenlicht und wandeln es in Absorbern in Wärme um. Ein frostsicherer Wärmeträger, in der Regel ein Wasser/ Glykol-Gemisch, durchströmt die Kollektoren. Der Wärmeträger nimmt die Wärme auf und gibt diese in einem Solarwärmespeicher ab. Da die Zeit der Sonneneinstrahlung und der Verbrauch der Wärme zeitlich oft auseinanderliegen, ist ein Speicher wesentlicher Bestandteil eines Solarsystems. Der Speicher hält die Wärme so lange vor, bis der Verbraucher sie nachfragt.

Die Regelung ist so programmiert, dass die Pumpe in Gang gesetzt wird, sobald die Temperatur im Kollektor über der Temperatur im Speicherteil der Anlage liegt. Im Sommer reicht die gewonnene Sonnenwärme oft für den gesamten Warmwasserbedarf. In den Wintermonaten, wenn das Strahlungsangebot der Sonne geringer ist, muss das solar vorgewärmte Wasser mit einer konventionellen Öl-, Gas- oder Holzheizung bzw. Wärmepumpe nachgewärmt werden.

Eine optimale Ausrichtung der Kollektoren ist Grundvorrausetzung für hohe solare Erträge. Grundsätzlich sind SSO-SSW Ausrichtungen optimal geeignet. Der Aufstellwinkel (30-60°) der Kollektoren hängt meistens von der Dachneigung ab. Gerade zur Heizungsunterstützung empfehlen sich steilere Winkel da die Sonne im Winter relativ tief steht. Um die Leistungsfähigkeit einer Anlage beurteilen zu können, gibt es verschiedene Kennwerte. Der solare Deckungsanteil gibt an, wie viel Prozent des Energiebedarfs durch solare Nutzwärme gedeckt wurde. Der Solarertrag ist die Menge Wärmeenergie, die die Anlage pro Jahr und Quadratmeter Kollektorfläche sammelt. Der Systemnutzungsgrad gibt an, wie viel Prozent der auf die Kollektoren eingestrahlten Solarenergie in Nutzwärme umgewandelt wurde.