Le Soleil émet de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique.  Cette énergie est transportée par des paquets de particules : « les photons ». Il s’agit de particules extrêmement petites dont la masse est nulle. Ces photons se déplacent à une vitesse très rapide : la vitesse de la lumière. Quand un photon percute une particule de matière il lui transmet son énergie. Les atomes s’agitent et il en résulte une élévation de température.

Le rayonnement électromagnétique peut être décomposé en fonction de sa longueur d'onde, ou, de manière équivalente, de sa fréquence ou de l'énergie de ses photons. On parle de spectre électromagnétique.

Les scientifiques distinguent généralement 6 gammes de longueurs d’onde dans le spectre électromagnétique:

•    les ondes radio et les micro-ondes (longueurs d’onde supérieures à 1 400 nm),
•    l’infrarouge (IR, longueur d’onde de 800 à 1 400 nm, invisible),
•    la lumière visible (longueur d’onde de 400 à 800 nm, visible),
•    l’ultraviolet (UV, longueur d’onde de 100 à 400 nm, invisible),
•    les rayons X (longueurs d’onde inférieures à 100 nanomètres, invisibles),
•    et les rayons gamma (longueurs d’onde inférieures à 5 nanomètres, invisibles).

Le soleil rayonne principalement dans le domaine de la lumière visible et le proche infrarouge.

   © Christophe Dang Ngoc Chan Cdang

Plus la fréquence (mesurée en nanomètres (nm) c’est-à-dire en milliardième de mètre) est élevée, plus ce rayonnement possède de l’énergie. Ou exprimé autrement, l’énergie véhiculée par l’onde est d’autant plus importante que la longueur d’onde est courte.

En traversant l'atmosphère, les gaz et les molécules absorbent certaines bandes de l'ultra-violet et de l'infra-rouge.

Ainsi à la surface de la terre, le rayonnement solaire comprend : 6,3% d'UV, 42,5% de lumière visible et 51,2% d'IR, porteurs essentiels de l'énergie thermique.

Deux phénomènes atténuent le rayonnement solaire traversant l'atmosphère terrestre: l'absorption et la diffusion.

Le capteur solaire thermique absorbe le rayonnement électromagnétique. Autant que possible on utilise un matériau qui absorbe bien la chaleur et donc les photons.
Les photons absorbés par l’absorbeur augmentent l'agitation des molécules, et donc la température de l’absorbeur exposé au rayonnement. Cette chaleur est ensuite distribuée au fluide de transfert (eau ou air) qui circule dans l’absorbeur. Le revêtement de la surface extérieure de l'absorbeur est donc très important puisqu’il détermine le pouvoir d’absorption.
Généralement, on utilise des couches sélectives. Elles ont l'avantage d'avoir une émissivité considérablement réduite dans le champ des longueurs d'onde du rayonnement thermique, ce qui diminue les déperditions thermiques.

Un corps "noir" absorbant tous les rayonnements, UV, visible ou IR s'échauffera de la même facon s'il reçoit 1W d'UV, 1 W d'IR ou 1W de rayonnement visible. Mais attention un photon de la lumière visible contient beaucoup plus d'énergie qu'un photon IR (plus grande longueur d'onde). Un watt de lumière visible est donc véhiculé par beaucoup moins de photons qu'un watt d'IR.