對于太陽能熱發(fā)電來說，接受太陽能的是熱量接收器。聚集后的太陽光直接照射到集熱器的表面(即每根換熱管的表面)，換熱管內(nèi)工作介質(zhì)高速流過，吸收了太陽輻射的能量，達(dá)到較高的溫度和壓力，從而推動熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這方面我們可以選取熱量吸收性能較好、利于熱循環(huán)的工質(zhì)，比如槽式熱發(fā)電應(yīng)用的是導(dǎo)熱油，塔式太陽能熱發(fā)電利用的是高溫熔融鹽；碟式太陽能熱發(fā)電利用的是氫或氦。

      另外，集熱器收集的熱能轉(zhuǎn)換為電能還需要配以高效的熱機(jī)。這種熱機(jī)的效率極限與傳統(tǒng)能源的熱機(jī)類似。區(qū)別在于常規(guī)汽輪機(jī)的蒸汽供應(yīng)是由鍋爐供給，蒸汽溫度和壓力可以達(dá)到很高，這使得目前汽輪機(jī)最高熱電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到35%左右。而太陽能熱發(fā)電的溫度還無法達(dá)到鍋爐燃燒的熱度量值，故配備常規(guī)汽輪機(jī)后的效率極限遠(yuǎn)低于35%。

      目前我們談?wù)撎柲軣岚l(fā)電時，常常會提及斯特林熱機(jī)（stirling engine），它對蒸汽要求沒有常規(guī)汽輪機(jī)那么高，更適合分布式的太陽能熱發(fā)電。在凡爾納的科幻小說《海底兩萬里》里，那艘著名的潛艇諾第留斯號就是用斯特林機(jī)作為發(fā)動機(jī)。

      值得一提的是，即使在科幻小說中出盡風(fēng)頭，實際上自斯特林發(fā)明斯特林熱機(jī)這170年以來，斯特林機(jī)基本沒有什么發(fā)展，這有點類似于當(dāng)年愛迪生對特斯拉交流電的無情打壓。在常規(guī)汽輪機(jī)逐漸成熟的時代里，具有非凡意義的斯特林機(jī)遭到了既有技術(shù)的壓制。如今新興的太陽能熱發(fā)電給了斯特林機(jī)新的機(jī)會。

      對于太陽能熱發(fā)電而言，太陽光的猛烈程度亦直接關(guān)系到集熱器的溫度，集熱器的溫度越高，產(chǎn)生的蒸汽工質(zhì)飽和度越高，更多的蒸汽可以參與推動渦輪機(jī)做功，效率自然也得到了提升。

      為了提高太陽能利用率，縮小太陽能發(fā)電裝置的體積，一方面，我們必須讓太陽能反射鏡能跟蹤太陽的運(yùn)轉(zhuǎn)，時刻能捕捉到大束的太陽光并將其聚集。為此，科學(xué)家發(fā)明了“定日鏡”，它能自動跟蹤太陽的運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整反射鏡的方向，便于單元體積的光電或光熱轉(zhuǎn)換設(shè)備能盡可能多得獲取太陽能。另一方面，為了增強(qiáng)對太陽光的聚光效果，我們要提高反射鏡的“聚光比”。目前具備定日功能的高聚光比的反射鏡造價非常高，使得定日鏡的成本仍占一個太陽能電站建造成本的很大一部分。這使得帶定日鏡的太陽能電價一直維持在0.5美元/度以上的高位。高效率與發(fā)電成本仍然是太陽能發(fā)電需要調(diào)和的矛盾。

      在太陽能熱發(fā)電中，光熱轉(zhuǎn)化效率最高的是碟式太陽能熱發(fā)電。由于這種碟片式分布的反射鏡聚光比可以達(dá)到3000以上，一方面使得接收器的吸熱面積可以很小，從而實現(xiàn)較小的能量損失（接收器吸收的熱量散失程度較低），光熱轉(zhuǎn)換比最高可達(dá)80%左右；另一方面這樣高的聚光比可使接收器的接收溫度達(dá)800 ℃以上，產(chǎn)生的蒸汽推動高效率的斯特林熱機(jī)，實現(xiàn)由等容加熱- 等溫膨脹- 等容冷卻- 等溫壓縮 4 個過程組成的熱力循環(huán)，這個循環(huán)很接近于卡諾循環(huán)模型。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在相同的高、低溫?zé)嵩礈囟萒1與T2之間工作的一切循環(huán)中,以卡諾循環(huán)的熱效率為最高。理想狀態(tài)下，斯特林熱機(jī)的熱力使用效率幾乎等于理論最大效率。

      然而受限于熱機(jī)的設(shè)計、工質(zhì)選擇、流體流動特性、傳熱特性、輻射換熱等因素， 目前美國SIM公司生產(chǎn)的STM4-120型新一代斯特林發(fā)動機(jī)效率僅為29.6%。歐美一些科研機(jī)構(gòu)聲稱在實驗室條件下可實現(xiàn)斯特林熱機(jī)效率達(dá)到40%左右。要特別注意的是，斯特林熱機(jī)40%的效率是現(xiàn)有制造工藝下，最接近于理想卡諾循環(huán)下的轉(zhuǎn)化效率，蒸汽推動熱機(jī)做功幾乎不可能再高于此值。

      如此算來，太陽能熱發(fā)電的光能→機(jī)械能最高轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到40%*80%=32%。熱機(jī)再推動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，最終總的光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到30%左右。