Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung (Strahlungsenergie) zur Erde gelangt. Die Sonnenenergie ist annähernd konstant, seitdem sie gemessen wird; es gibt auch keine Hinweise auf deutliche Schwankungen in historischer Zeit. Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der Atmosphäre etwa 1,367 kW/m²; dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein Teil der eingestrahlten Energie wird von den Bestandteilen der Atmosphäre - festen (z. B. Eiskristallen, Staub), flüssigen oder gasförmigen Schwebeteilchen - reflektiert. Ein weiterer Teil wird von den Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und bereits dort in Wärme umgewandelt. Der dritte - und insgesamt überwiegende - Teil geht durch die Atmosphäre hindurch bis zum Erdboden. Dort wird er entweder in Wärme umgewandelt, oder er betreibt zum Beispiel die Photosynthese, die Photothermik oder die Photovoltaik. Die prozentuale Verteilung der Einstrahlung auf Reflexion, Absorption und Transmission hängt vom jeweiligen Zustand der Atmosphäre ab. Dabei spielen die Luftfeuchtigkeit, die Bewölkung und die Länge des Weges, den die Strahlen durch die Atmosphäre nehmen müssen, eine Rolle. Die auf die Erdoberfläche auftreffende Strahlung beträgt auf eine senkrecht dazu stehende Fläche noch ungefähr 0,8–1 kW/m² (je nach Breitengrad, Höhenlage und Witterung). Auf schräg zur einfallenden Strahlung aufgestellte Flächen trifft weniger Strahlung auf. Letztlich wird die gesamte Energie der Sonne in Form von Wärmestrahlung wieder an den Weltraum abgegeben.
Der mengenmäßig größte Nutzungsbereich ist die Erwärmung des Planeten, so dass im oberflächennahen Bereich biologische Existenz in den bekannten Formen möglich ist. Die Photosynthese der Pflanzen ist die am zweitmeisten verbreitete Nutzung. Die meisten Organismen (die Menschen eingeschlossen) leben entweder direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) von der Sonnenenergie. Brennstoff und Baumaterial stammen ebenfalls daraus. Weitere wichtige Nutzungen sind die Erzeugung von Luftdruckunterschieden, die zu Wind führen. Der Wasserkreislauf der Erde wird von der Sonnenenergie angetrieben. Neben diesen 'natürlichen' Effekten gibt es zunehmend eine technische Nutzung vor allem im Bereich Energieversorgung.
Mit Hilfe der Solartechnik lässt sich die Sonnenenergie auf verschiedene Arten nutzen:
- Sonnenkollektoren erzeugen Wärme und Hitze (Solarthermie bzw. Photothermik)
- Sonnenwärmekraftwerke erzeugen mit Hilfe von Hitze und Wasserdampf elektrischen Strom
- Pflanzen und pflanzliche Abfälle werden so verarbeitet, dass nutzbare Flüssigkeiten (z. B. Äthanol, Rapsöl) oder Gase (z. B. Biogas, gereinigt wird daraus Methan) entstehen
- Wind- und Wasserkraftwerke erzeugen elektrischen Strom
- Solarkocher oder Solaröfen erhitzen Speisen oder sterilisieren medizinisches Material
- Solarzellen erzeugen elektrischen Gleichstrom (Photovoltaik)
Die Sonnenenergie ist regenerative Energie, ihre Nutzung wird in vielen Ländern gefördert , in Deutschland beispielsweise durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).