早晨日出后，集熱器內的水受太陽輻射能加熱，溫度逐步升高，一旦集熱器出口處溫和貯水箱底部水溫之間的溫差達到設定值（一般8~10℃）時，溫差控制器給出信號，啟動循環(huán)泵，系統(tǒng)開始運行；遇到云遮日或下午日落前，太陽輻照度降低，集熱器溫度逐步下降，一旦集熱器出口處水溫和貯水箱底部水溫之間的溫差達到另一設定值（一般3~4℃）時，溫差控制器給出信號，關閉循環(huán)泵，系統(tǒng)停止運行。內膽焊接方式是很主要的，焊接的強度及材料是否防腐是內膽質量的關鍵，另外保溫材料決定保溫性能，寒冷地區(qū)必須采用加厚保溫層。

有些系統(tǒng)為了避免對電動閥和控制器提出苛刻的要求，將電動閥安裝在集熱器出口處，而且電動閥只有開啟和關閉兩種狀態(tài)。系統(tǒng)原理無動力型系統(tǒng)組成：真空管集熱器、可連接水箱、可調整支架、換熱器。當集熱器出口溫度達到某一設定值時，通過溫度控制器，開啟電動閥，熱水從集熱器出口注入貯水箱，與此同時冷水（自來水）補充進入集熱器，直至集熱器出口溫度低于設定值時，關閉電動閥，然后重復上述過程。這種定溫放水的方法雖然比較簡單，但由于電動閥關閉有滯后現(xiàn)象，所以得到的熱水溫度會比設定值低一些。

熱管式真空管集熱器以及內插管的全玻璃真空管集熱器都屬于具有防凍功能的集熱器，因為被加熱的水都不直接進入真空管內，真空管的玻璃罩管不接觸水，再加上熱管本身的工質容量又很少，所以即使在零下幾十攝氏度的環(huán)境溫度下真空管也不凍壞。在自然循環(huán)系統(tǒng)中，盡管第l一回路使用了防凍液，但由于貯水箱置于室外，系統(tǒng)的補冷水箱與供熱水管也部分敷設在室外，在嚴寒的冬夜，這些室外管路雖有保溫措施，但仍不能保證避免管中的水不結冰。另一種具有防凍功能的集熱器是熱管平板集熱器，它跟普通平板集熱器的不同之處在于，吸熱板的排管位置上用熱管代替，以低沸點、低凝固點介質作為熱管的工質，因而吸熱板也不會凍壞，不過由于熱管平板集熱器的技術經濟性能不及上述真空管集熱器，應用尚不普遍。