Pembangkit listrik tenaga surya menggunakan tenaga matahari untuk menghasilkan listrik. Matahari memancarkan radiasi matahari, dan perangkat tertentu seperti panel surya dirancang untuk bereaksi terhadap radiasi ini dan mengubahnya menjadi listrik. Sebagian besar pembangkit energi surya menggunakan tenaga panas matahari untuk memanaskan reservoir fluida dan turbin listrik. Palung parabola, piringan surya, dan menara tenaga surya adalah tiga jenis sistem tenaga panas matahari yang paling umum digunakan untuk memproduksi listrik secara massal di pembangkit listrik tenaga surya.
Banyak pembangkit energi surya memanfaatkan radiasi matahari untuk memanaskan cairan hingga suhu tinggi dan menghasilkan uap. Dalam turbin, energi kinetik — atau bergerak — uap diubah menjadi energi mekanik, yang menyebabkan turbin berputar dan menghasilkan listrik. Energi yang dihasilkan oleh turbin yang berputar dapat dimanfaatkan dan disimpan dalam generator. Sementara pembakaran bahan bakar fosil juga menghasilkan uap yang diperlukan untuk memutar turbin, memanfaatkan radiasi matahari adalah pendekatan yang jauh lebih bersih dan lebih hemat energi untuk menghasilkan listrik.
Sebuah pabrik energi surya palung parabola skala besar dibuka di Gurun Mojave California pada tahun 1980. Fasilitas ini menghasilkan sejumlah besar energi di daerah itu, yang berasal dari sumber daya terbarukan. Sistem palung parabola menampilkan reflektor yang memfokuskan sinar dari matahari ke pipa penerima. Fluida dipanaskan saat mengalir melalui penerima dan menghasilkan uap, yang diumpankan ke sistem turbin dan generator. Sistem palung parabola tertentu, seperti sistem di Gurun Mojave, terkait dengan sistem pembakaran bahan bakar fosil yang dirancang untuk mengimbangi hari berawan dan periode energi matahari rendah lainnya.
Sistem piringan surya menggunakan kolektor surya yang dirancang untuk melacak matahari, bergerak untuk menyerap energi matahari dalam jumlah terbesar pada waktu tertentu. Sistem ini memusatkan energi matahari pada titik fokus komponen piringan, cairan pemanas. Sebuah pembangkit energi surya yang menggunakan piringan surya mengompres dan memanaskan cairan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Sementara palung parabola dapat memanaskan cairan hingga suhu rata-rata 750 derajat Fahrenheit (398.9 derajat Celcius), piringan surya menawarkan suhu kerja yang dapat melebihi 1,380 derajat Fahrenheit (748.9 derajat Celcius).
Heliostat pada dasarnya adalah cermin datar yang digunakan untuk melacak matahari. Menara tenaga surya dapat dihubungkan ke sistem pembangkit energi surya yang berisi ratusan atau bahkan ribuan heliostat. Heliostat ini diatur sedemikian rupa sehingga mengarahkan sinar matahari ke menara, yang berisi cairan pengumpul panas. Operasi menara tenaga surya skala besar sangat efisien dan dapat menyediakan sumber listrik yang ekonomis untuk masa depan.