太陽能源的利用最終歸結為太陽能利用和太陽光利用兩個方面。太陽能發電分為光伏發電和光熱發電，其中光伏發電就是利用光伏電池將太陽能直接轉化為電能。光伏發電不論在轉化效率、設備成本和發展前景尚都遠遠強于光熱發電。自從實用型多晶硅的光伏電池問世以來，世界上就便開始了太陽能光伏發電的應用。

目前，太陽能光伏發電系統有三個發展方向：獨立運行、并網型和混合型光伏發電系統。在獨立運行系統中，儲能單元一般是必須有的，它能將由日照時發出的剩余電能儲存起來供日照不足或沒有日照時使用。目前，國際光伏能源產業的需求開始由邊遠農村和特殊應用向并網發電與建筑結合供電的方向發展，光伏發電已有補充能源向替代能源過渡。國內光伏能源系統仍主要是用在邊遠的無電地區和城市路燈、草坪燈、庭院燈、廣告牌等獨立光伏發電系統。通過蓄電池組構成的儲能系統，能夠熨平太陽光照強度波動導致的電能波動，還可以補償電網系統中的電壓驟降或突升，但是由于其充放電次數有限、大電流充放電時間較慢等因素，因此其使用壽命較短，成本較高。因此，在太陽能光伏發電系統中采用超級電容器組將使其并網發電更具有可行性。

風力發電作為當前發展最快的可再生能源發電技術，具有廣闊的應用前景。但是，風能是一種隨機變化的能源，風速變化會導致風電機組輸出功率的波動，對電網的電能質量會產生影響。

目前，風電有功功率波動多采用直接調節風力渦輪機運行狀態的方法來平緩其輸出功率，但是該方法的功率調節能力有限；無功功率波動通常采用并聯靜止無功補償裝置進行無功調節，但無功補償裝置無法平抑有功功率波動。通過附加儲能設備，既可以調節無功功率、穩定風電場母線電壓，又能在較寬范圍內調節有功功率。而風力發電研究表明位于0.01Hz-1Hz的波動功率對電網電能質量的影響最大，平抑該頻段的風電波動對電網電能質量的影響最大，平抑該頻段風電波動采用較短時間的能量儲存就可以達到目的，因此能夠實現短時能量存儲的小容量儲能設備對風力發電的應用價值很高。超級電容器因其具有數萬次以上的充放電循環壽命、大電流充放電特性，能夠適應風能的大電流波動，它能在白天陽光充足或風力強勁的條件下吸收能量，在夜晚或風力較弱時放電，從而能夠熨平風電的波動，實現更有效的并網。

在新能源汽車領域，超級電容器可與二次電池配合使用，實現儲能并保護電池的作用。通常超級電容器與鋰離子電池配合使用，二者完美結合形成了性能穩定、節能環保的動力汽車電源，可用于混合動力汽車及純電動汽車。鋰離子電池解決的是汽車充電儲能和為汽車提供持久動力的問題，超級電容器的使命則是為汽車啟動、加速時提供大功率輔助動力，在汽車制動或怠速運行時收集并儲存能量。超級電容器在汽車減速、下坡、剎車時可快速回收并存儲能量，將汽車在運行時產生的多余的不規則的動力安全轉化為電池的充電能源，保護電池的安全穩定運行；啟動或加速時，先由電池將能量轉移入超級電容器，超級電容器可在短時間內提供所需的峰值能量。