یکی از بزرگترین مشکلات انرژی خورشیدی بحث ذخیره آن است؛ حتی اگر در بهترین حالت هم برای جذب این انرژی قرار داشته باشیم باز چندین ساعت در روز بدون امکان تولید انرژی خواهیم بود و برای ذخیره انرژی خورشیدی در ابعادی وسیع باتری‌های کنونی راه چندان پر دوام و موثری نیستند.
تا کنون یکی از موثرترین راه‌ها، بهره‌گیری از نمک مذابی است که توسط انرژی خورشید ذوب شده است و می‌توان آن را چندین ساعت در جایی انبار کرد و در هنگام شب و زمانی که انرژی خورشیدی وجود ندارد از انرژی نمک‌های مذاب برای بخار کردن آب و استفاده از انرژی بخار آب برای به حرکت در آوردن توربین‌ها و در نهایت تولید برق استفاده کرد. اما این روش هم تنها زمان محدودی دارد.
اما محققان دانشگاه چالمرز به روش جدیدی دست یافته‌اند. آن‌ها «سوخت» حرارتی خورشیدی تولید کرده‌اند؛ مایعی که می‌تواند انرژی خورشیدی را چندین سال ذخیره کند.
مایع حرارتی حساس به نور خورشید در واقع مانند باتری قابلیت شارژ دارد، فقط به‌جای برق در آن انرژی حاصل از نور خورشید ذخیره میشود. اجزای این مایع خاص ترکیباتی از ملکول‌های عناصر نیتروژن، کربن و هیدروژن است. مولکول‌های این مایع زمانی که در برابر نور خورشید قرار می‌گیرند تغییراتی در ساختار پیدا می‌کنند و انرژی در میان ذرات آن ذخیره میشود. این تغییرات ربطی به دما ندارد و در دمای معمولی یا سرد هم این ماده انرژی ذخیره شده میان ساختارش را از دست نمی‌دهد. انرژی را با استفاده از یک کاتالیزور می‌توان از ماده گرفت. این انرژی به‌صورت حرارت آزاد میشود و از این حرارت می‌توان در موتور‌های استرلینگ برای حرکت دادن یک میل‌لنگ استفاده کرد و از انتقال حرکت این میله به موتور هم می‌توان برق تولید کرد. از این انرژی همچنین می‌توان برای گرمایش خانگی استفاده کرد.
مهندسانی که در این طرح فعال بوده‌اند می‌گویند ۲۵۰ وات ساعت را می‌توان در هر کیلوگرم از این مایع ذخیره کرد که دو برابر بهتر از باتری‌های امروز است.
البته همچنان این طرح برای افزایش کارایی نیاز به بهبود دارد. این سامانه برای آنکه بتواند حرارات زیادی تولید کند نیاز به بکارگیری روش‌های بهتری دارد. اگر مهندسان بتوانند با انرژی آزادشده مقدار زیادی آب را بخار کنند می‌توان از این روش در نیروگاه‌های بخار استفاده کرد و از انرژی آزادشده بخاری تولید کرد که با فشار بالا چرخ‌پره‌های بزرگی را برای تولید برق به چرخش درآورد. تا زمانی که این طرح بتواند پیشرفت کند نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی که از نمک مذاب استفاده می‌کنند کاراترین سامانه تولید برق خورشیدی خواهند بود.
در یکی از موثرترین روش‌ها، از میان آینه‌های مقعر سهموی‌شکل لوله‌هایی رد شده که در آن نمک مذاب جریان دارد. تمرکز نور خورشید توسط آینه‌های مقعر روی این لوله‌ها، دمای نمک مذاب را تا ۵۵۰ درجه سانتی گراد بالا می‌برد. این نمک مذاب پس از جذب انرژی و رسیدن به این دما در مجاورت لوله‌های آب قرار می‌گیرد. آب توسط گرمای نمک مذاب بخار میشود و بخار آب هم توربین‌های بخار را می‌چرخاند که در نهایت انرژی این توربین‌ها، ژنراتور‌های برق را به حرکت در می‌آورد.
البته بخشی از این نمک مذاب با دمای بالا در مخازن بزرگی ذخیره میشود تا در هنگام شب و نبود نور خورشید، لوله‌های آب را گرم و تولید بخار کند. یکی از بزرگترین نیروگاه‌های برق در جهان که با این روش برق تولید می‌کند در کالیفرنیای آمریکا قرار دارد. این نیروگاه ۳۵۰ مگاوات برق تولید می‌کند.
در بررسی‌های انجام شده عربستان و ایران در میان بهترین مناطق جهان برای تولید برق از انرژی خورشیدی قرار دارند.