Die Sonnen- oder Solarenergie ist die Energie der Sonnenstrahlung, die ursprünglich im Inneren der Sonne durch die Verbrennung bzw. Kernfusion von Wasserstoff zu Helium entsteht. Diese physikalischen Reaktionsprozesse erzeugen eine elektromagnetische Wärmestrahlung, die beim Eintreffen auf der Erdoberfläche mit Hilfe von unterschiedlichen solartechnischen Verfahren aufgefangen und direkt oder indirekt genutzt werden kann.

Die Intensität der Sonnenstrahlung wird in der Regel in der Einheit Leistung (Watt) pro Fläche (Quadratmeter) und Zeit (Jahr) angegeben und beträgt bei Eintritt in die Erdatmosphäre knapp 1,5 kW/m²·a. Auf der Erdoberfläche selbst erreicht die solare Einstrahlung eine maximale flächenbezogene Leistung von etwa 1 kW/m²·a in Mitteleuropa und ca. 2,5 kW/m²·a in der Sahara als sonnenreichste Region der Erde. Dieser Strahlungswert geht je nach geographischer Lage des bestrahlten Gebietes, den jeweiligen meteorologischen Verhältnissen vor Ort (insbesondere Wolkenabdeckung, Niederschlag oder Nebel) sowie vorherrschender Tages- und Jahreszeit bis auf 0 kW/m²·a zurück und ist somit variabel. Demgegenüber ist der erstgenannte orts- und wetterunabhängige Wert weitgehend konstant und wird daher auch als Solarkonstante bezeichnet.

Ein Teil der von der Sonne emittierten Strahlung wird darüber hinaus von der Erdatmosphäre absorbiert, ein weiterer durch die gasförmigen, flüssigen und festen Partikel innerhalb der Erdatmosphäre reflektiert und gestreut. Eine Reflexion der Strahlung erfolgt auch durch die Erdoberfläche, wo sie ebenfalls unmittelbar in thermische Energie, sprich in Wärme umgewandelt wird. Weitere Einflussfaktoren neben der Witterung oder der Luftfeuchtigkeit sind der resultierende Einfallswinkel der Solarstrahlung sowie die zurückgelegte Strecke zwischen Sonne und Auftreffpunkt (Breiten- und Längengrad, Höhenlage). Steht die Sonne in senkrechtem Winkel und somit lotrecht bzw. im Zenit, so treffen die meisten Lichtteilchen, die sogenannten Photonen, pro Fläche auf den Boden, so dass hier das Maximum ihrer Erwärmungsleistung J₀ erreicht ist. Je flacher der Winkel β mit 0° ≤ β ≤ 90° zur Erdoberfläche ist, desto geringer ist die Anzahl der auftreffenden Photonen und damit die Strahlungsenergie pro Fläche J, die sogenannte Strahlungsstromdichte, was durch den folgenden formelmäßigen Zusammenhang dargestellt werden kann: J = J₀ · sin β.

Die letztendlich auftreffende Energie (Transmission) nach abgehender Absorption und Reflexion durch Erdatmosphäre und -oberfläche beträgt im weltweiten Tagesmittel (über 24 Stunden) < 0,2 kW/m²·a und kann nun elektrisch, thermisch oder chemisch verwendet werden. Bekannte Verfahren zur direkten Nutzung der Sonnenenergie sind Solarzellen (Photovoltaik), Sonnenwärme- und Aufwindkraftwerke sowie Sonnenkollektoren (Solarthermie bzw. Photothermik) zur Produktion von Wärme und Elektrizität. Indirekt wird Sonnenenergie vor allem in Form von Windenergie- und Wasserkraftwerken zur Erzeugung von elektrischem Strom verwertet.

Die Sonne bzw. die von ihr ausgehende Strahlung ist verglichen mit den übrigen erneuerbaren und konventionellen Primärenergieträgern die größte Energiequelle. Damit ist sie nicht nur die existenzielle Grundlage allen Lebens auf der Erde überhaupt, sonst würde zudem auch den Jahresenergiebedarf der Menschheit bei Nutzung der gesamten auf die Erdoberfläche eintreffenden Transmissionsstrahlung bezogen auf die potenzielle Energiemenge um ein Vielfaches decken. Die Solarenergie spielt trotz ihrer natürlichen und wetterbedingten Fluktuation (vgl. Artikel „Dunkle Flaute“) die zentrale Rolle im Rahmen der globalen regenerativen Energieversorgung und damit der angestrebten Energiewende, das heißt beim Übergang zu einer nachhaltigen Energieversorgung auf der Basis erneuerbarer Energiequellen statt fossiler und nuklearer Brennstoffe. Eine technische Möglichkeit zum Transport der elektrischen Sonnenenergie böte zum Beispiel ein Stromnetz aus Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ, vgl. Artikel „Die Hochspannungs-Gleichstromübertragung bei Offshore-Windparks“) mit entsprechender Energiewandlung zwischen Afrika und dem Nahen Osten einerseits (Produktion) sowie Europa andererseits (Bedarf).

Die Vorteile der Solarenergie liegen insbesondere in der Vermeidung der Emission von Luftschadstoffen und Treibhausgasen, in ihrer unbegrenzten Verfügbarkeit als eine Backstop-Technologie sowie in der Vermeidung des Imports von fossilen und nuklearen Brennstoffen zum Einsatz in konventionellen thermischen Kraftwerksanlagen. Als nachteilig werden demgegenüber vor allem die natürlich bedingte mangelnde Nutzbarkeit der Sonnenenergie zur Deckung des bestehenden Grundlastbedarfs aufgrund ihrer wetter-, tages- und jahreszeitabhängigen Schwankungen in der solaren Einstrahlung auf die Erde sowie die derzeit noch hohen spezifischen Investitionskosten und die niedrigen Wirkungsgrade im Rahmen der heute entwickelten technischen Anwendungen angesehen. Des Weiteren wird dazu gegebenenfalls ein vergleichsweise großer Flächenbedarf erforderlich, der mit der landwirtschaftlichen Nutzung dieser solartechnisch bebauten Flächen konkurrieren kann.