Há basicamente dois tipos de conceitos utilizados na usina solar para a transformação direta de energia: o aproveitamento térmico da energia solar ou a conversão dos efeitos da radiação em energia elétrica por painéis fotovoltaicos.
Aproveitamento Térmico
O aproveitamento térmico em uma usina solar é utilizado para aquecer fluidos utilizando concentradores ou coletores de radiação, esses fluidos aquecidos podem ser utilizados para aplicações de aquecimento como em hotéis, hospitais, shoppings entre outras aplicações, ou para geração de energia elétrica pela circulação do fluido através de turbinas, onde o fluxo de massa aquecido move o eixo da turbina onde está acoplado um gerador de energia elétrica por indução eletromagnética.
- Um coletor solar é utilizado para aquecimento de água. O calor atravessa uma cobertura de vidro e, de forma semelhante a uma estufa, a energia térmica é mantida nesse coletor.
- Um concentrador solar é utilizado para alcançar temperaturas maiores. Seu princípio de funcionamento consiste em captar a radiação solar em uma área grande e transferi-la para uma área relativamente menor, concentrando a energia solar através de superfícies refletoras como espelhos parabólicos ou espelhos esféricos.

Painéis fotovoltaicos
Os painéis fotovoltaicos são compostos por células fotovoltaicas que criam uma diferença de potencial quando são expostas à radiação eletromagnética, como a luz solar, convertendo a energia solar em energia elétrica, utilizando o efeito fotoelétrico como princípio de funcionamento.
A energia elétrica pode ser armazenada em baterias na usina solar para a sua posterior distribuição.
O principal entrave atual da tecnologia são os altos preços das células fotovoltaicas das usinas solares associadas a uma baixa eficiência (em torno de 25%). Seu custo se encontra em torno de 5 a 15 vezes maiores que de uma usina termoelétrica a gás natural operando em ciclo combinado.
