Solarwärmespeicher haben die Funktion Wärme auch zu Zeiten geringer Sonneneinstrahlung und nachts in ausreichender Menge zur Verfügung zu stellen. Speicherlösungen reichen dabei von kleinen Speicher im Umfang von wenigen hundert Litern Wasser für den Privatgebrauch, die warmes Brauchwasser für wenige Tage vorrätig halten, bis hin zu solaren Nahwärmesystemen und saisonalen Großspeichern, die Wärme über mehrere Monate bereitstellen und zum Teil ganze Stadtteile versorgen.

Je nach Funktion setzt man auf unterschiedliche Anlagentypen. Wichtig sind bei allen Anlagetypen eine gute Wärmedämmung, durchdachte Lösungen an den Anschlüssen, um Wärmebrücken zu vermeiden, sowie eine Bauformen, die eine gute Temperaturschichtung im Speicher unterstützt (hoch und schlank).

Darüber hinaus ist die Dichte von Speichermedien entscheidend dafür, ob sich große Mengen an Wärme kompakt speichern lassen. Bisher sind wasserbasierte Speicher gebräuchlich, allerdings gibt es vielversprechende Versuche mit phasenabhängigen Materialien (PCM), Sorptionsspeichern oder thermochemisch reagierenden Speichermaterialien (TCM).

Die effiziente Speicherung von Wärme ist eine Schlüsseltechnologie für eine deutliche Erhöhung des Anteils der Solarthermie an der Wärmebereitstellung. Die auf deutsche Dächern auftreffende Strahlungsenergie ist um ein Vielfaches höher als der aktuelle und umso mehr als der künftige Wärmebedarf. Allerdings ist, um dieses Strahlungsangebot in Gänze nutzbar zu machen, ein Ausgleich der Tages-, Wochen- und vor allem saisonalen Schwankungen des Strahlungsangebots erforderlich, da der Wärmebedarf im Winterhalbjahr auch künftig in effizienten Gebäuden einen hohen Anteil am Gesamtjahresbedarf ausmacht, in dieser Zeit aber nur etwa ein Drittel der Jahreseinstrahlung zu verzeichnen ist.