系統運行過程中，集熱器內的水受太陽能輻射能加熱，溫度升高，密度降低，加熱后的水在集熱器內逐步上升，從集熱器的上循環管進入儲水箱的上部；與此同時，儲水箱底部的冷水由下循環管流入集熱器的底部；這樣經過一段時間后，儲水箱中的水形成明顯的溫度分層，上層水首先達到可使用的溫度，直至整個儲水箱的水都可以使用。

用熱水時，有兩種取熱水的方法。一種是有補水箱，由補水箱向儲水箱底部補充冷水，將儲水箱上層熱水頂出使用，其水位由補水箱內的浮球閥控制，有時稱這種方法為頂水法；另一種是無補水箱，熱水依靠本身重力從儲水箱底部落下使用，有時稱這種方法為落水法。

強制循環太陽能熱水系統是在集熱器和儲水箱之間管路上設置水泵，作為系統中水的循環動力；與此同時，集熱器的有用能量收益通過加熱水，不斷儲存在儲水箱內。

系統運行過程中，循環泵的啟動和關閉必須要有控制，否則既浪費電能又損失熱能。通常溫差控制較為普及，有時還同時應用溫差控制和光電控制兩種。

溫差控制是利用集熱器出口處水溫和貯水箱底部水溫之間的溫差來控制循環泵的運行。

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，啟動循環泵，系統開始運行；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，關閉循環泵，系統停止運行。

用熱水時，同樣有兩種取熱水的方法：頂水法和落水法。

頂水法是向貯水箱底部補充冷水（自來水），將貯水箱上層熱水頂出使用；落水法是依靠熱水本身重力從貯水箱底部落下使用。在強制循環條件下，由于貯水箱內的水得到充分的混合，不出現明顯的溫度分層，所以頂水法和落水法都一開始就可以取到熱水。頂水法與落水法相比，其優點是熱水在壓力下的噴淋可提高使用者的舒適度，而且不必考慮向貯水箱補水的問題；缺點也是從貯水箱底部進入的冷水會與貯水箱內的熱水摻混。落水法的優點是沒有冷熱水的摻混，但缺點是熱水靠重力落下而影響使用者的舒適度，而且必須每天考慮向貯水箱補水的問題。

在雙回路的強制循環系統中，換熱器既可以是置于貯水箱內的浸沒式換熱器，也可以是置于貯水箱外的板式換熱器。板式換熱器與浸沒式換熱器相比，有許多優點：其一，板式換熱器的換熱面積大，傳熱溫差小，對系統效率影響少；其二，板式換熱器設置在系統管路之中，靈活性較大，便于系統設計布置；其三，板式換熱器已商品化、標準化，質量容易保證，可靠性好。

強制循環系統可適用于大、中、小型各種規模的太陽能熱水系統。

直流式太陽能熱水系統是使水一次通過集熱器就被加熱到所需的溫度，被加熱的熱水陸續進入貯水箱中。

系統運行過程中，為了得到溫度符合用戶要求的熱水，通常采用定溫放水的方法。集熱器進口管與自來水管連接。集熱器內的水受太陽輻射能加熱后，溫度逐步升高。在集熱器出口處安裝測溫元件，通過溫度控制器，控制安裝在集熱器進口管理上電動閥的開度，根據集熱器出口溫度來調節集熱器進口水流量，使出口水溫始終保持恒定。這種系統運行的可靠性取決于變流量電動閥和控制器的工作質量。

有些系統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。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象，所以得到的熱水溫度會比設定值低一些。

直流式系統有許多優點：其一，與強制循環系統相比，不需要設置水泵；其二，與自然循環系統相比，貯水箱可以放在室內；其三，與循環系統相比，每天較早地得到可用熱水，而且只要有一段見晴時刻，就可以得到一定量的可用熱水；其四，容易實現冬季夜間系統排空防凍的設計。直流式系統的缺點是要求性能可靠的變流量電動閥和控制器，使系統復雜，投資增大。

直流式系統主要適用于大型太陽能熱水系統