Ein Nahwärmenetz versorgt von einer möglichst zentral gelegenen Heizzentrale aus mehrere angeschlossene Gebäude mit Wärme. Die großen Kollektorfelder eines solaren Nahwärmesystems sind auf einzelnen Häusern oder zentralen Gebäuden installiert. Dabei wird ein Teil der benötigten Wärme aus Solarenergie gewonnen. Sollen deutlich mehr als 30% des jährlichen Wärmebedarfs solarthermisch gedeckt werden, ist der Einsatz von großen, saisonalen Wärmespeichern (Langzeit-Wärmespeicher) unumgänglich. Systeme mit diesen Speichern sind auf solare Deckungsanteile bis zu 60% ausgelegt. Mit ihnen kann ein Teil der im Sommerhalbjahr solar erzeugten Wärme bis in das Winterhalbjahr gespeichert werden. Solare Nahwärmesysteme sind immer Kombianlagen. Es gibt sie sowohl für neu gebaute als auch für sanierte Siedlungen. Sie gelten als ein Schlüsselsystem, um zukünftig erneuerbare Energien verstärkt zur Wärmeversorgung einsetzen zu können. Langfristig könnten größere Siedlungsbereiche nur über Nahwärmesysteme CO2-neutral versorgt werden.

Der Prozesswärmebedarf im produzierenden Gewerbe macht einen erheblichen Anteil des Gesamtenergieverbrauchs der industrialisierten Länder aus, allein in Deutschland über 20% des gesamten Endenergieverbrauchs. Da Wärme nicht verlustarm über weite Strecken transportiert werden kann, sind für die Nutzung solarer Prozesswärme nur Standorte geeignet, bei denen sowohl günstige Einstrahlbedingungen als auch genügend Fläche zur Aufstellung der Kollektoren vorhanden sind. In Zeiten geringer solarer Einstrahlung muss eine hundertprozentige Energiereserve aus konventionellen Anlagen verfügbar sein. Einsparungen in der Anlagentechnik sind folglich kaum möglich. Die Solaranlage kann sich rein über die Einsparung fossiler Brennstoffe amortisieren. Dies ist vor allem bei Kühlung oder Klimatisierung sowie bei Unternehmen mit reinem Tagesbetrieb interessant. Auch Prozessschritte, für die eine vergleichsweise geringe Temperatur erforderlich ist, bieten gute Voraussetzungen für die Integration thermischer Solaranlagen.

Solarthermische Kraftwerke nutzen solare Hochtemperaturwärme, um CO2-frei Strom zu erzeugen. Dabei wird die direkte Sonneneinstrahlung mit Spiegelsystemen stark konzentriert. Je nach Art des verwendeten Spiegelsystems unterscheidet man folgende Kraftwerkstypen: Parabolrinnen- und Turmkraftwerke sowie Fresnelsysteme sind größere, netzintegrierte Kraftwerke. Dish-Stirlingsysteme werden meist für kleine, dezentrale Anwendungen eingesetzt. Damit ein Solarkraftwerk wirtschaftlich sinnvoll arbeiten kann, ist ein hoher Anteil direkter Sonneneinstrahlung nötig. Nur diese lässt sich so auf Punkte oder Linien bündeln, dass hohe Temperaturen entstehen. Geeignete klimatische Voraussetzungen findet man zwischen dem nördlichen und südlichen 35. Breitengrad in Afrika, im Süden Spaniens, Portugals, Italiens, Griechenlands sowie auf Malta und Zypern. Das 2008 in Spanien in Betrieb gegangene Kraftwerk Andasol I kann etwa 200.000 Menschen mit Solarstrom versorgen.