自然循环自然循环太阳能热水系统是依靠集热器和储水箱中的温差，形成系统的热虹吸压头，使水在系统中循环；与此同时，将集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。系统运行过程中，集热器内的水受太阳能辐射能加热，温度升高，密度降低，加热后的水在集热器内逐步上升，从集热器的上循环管进入储水箱的上部；与此同时，储水箱底部的冷水由下循环管流入集热器的底部；这样经过一段时间后，储水箱中的水形成明显的温度分层，上层水首先达到可使用的温度，直至整个储水箱的水都可以使用。
系统运行过程中，循环泵的启动和关闭必须要有控制，否则既浪费电能又损失热能。通常温差控制较为普及，有时还同时应用温差控制和光电控制两种。温差控制是利用集热器出口处水温和贮水箱底部水温之间的温差来控制循环泵的运行。强制循环单水箱直接式太阳能热水系统原理图早晨日出后，集热器内的水受太阳辐射能加热，温度逐步升高，一旦集热器出口处温和贮水箱底部水温之间的温差达到设定值（一般8~10℃）时
太阳能维修热水工程系统的运行原理及优缺点
太阳能维修定温放水系统
运行原理：定温放水系统是应用较为广泛的太阳能维修热水工程运行方式，大、小型太阳能维修热水工程均适用。在太阳光照条件下，在太阳能维修集热器的出水末端增加一个温度探头（水箱内的水位可以采用机械浮球控制也可以采用控制器控制水位探头）当太阳能维修集热器内的水温达到设定值时，控制器发出信号，控制打开电磁阀，冷水把已经达到设定温度的热水顶入储热水箱并储存起来；当太阳能维修集热器内水温低于设定值时，控制器使电磁阀自动关闭。如此不断循环使储热水箱内的高温水不断增多，当储热水箱内的水位达到水位时，系统关闭，不再进水。
优点：系统运行相对自然循环系统产热水速度大大提高，系统运行由控制器控制，智能化程度提高，系统相对比较稳定。
缺点：对储热水箱保温性能要求高，当储热水箱内的水温降低而储热水箱又处于满水位时，无法使太阳能维修集热器内的高温水继续进入水箱，造成浪费。另外，系统增加控制器及温度探头，设备维护费用提高。