我國(guó)北方冬季夜間的最低溫度可達(dá)-10~-40℃，在這樣低的氣溫下，平板式熱水器中的存水會(huì)很快凍結(jié)，導(dǎo)致集熱板脹裂破損。因此，入冬后不得不將水排空，停止使用。這樣，不但利用率低，而且由于水排空后集熱器和水箱的內(nèi)表面接觸空氣，加速了材料的腐蝕，縮短了集熱器的使用壽命。因此，如能使集熱器在冬季繼續(xù)運(yùn)行，為用戶提供熱水，就成了發(fā)展太陽能熱水器的重要問題。下面介紹幾種常見的熱水器防凍措施。
1.自動(dòng)補(bǔ)熱 在平板集熱器的下聯(lián)箱內(nèi)，裝一根絕緣良好的電熱絲，并設(shè)置溫度敏感元件。當(dāng)水溫降到0℃時(shí)，敏感元件發(fā)出信號(hào)，通過放大器合上電熱絲電路上的開關(guān)，使它對(duì)水加熱。這根電阻絲的功率可以很小，只要能保證集熱器中的水不結(jié)冰即可。對(duì)于1m2的集熱器，在-15℃的環(huán)境溫度下保持不結(jié)冰，所需功率僅為1.2W。當(dāng)水溫超過1℃或2℃時(shí)，溫控裝置便發(fā)出信號(hào)切斷電源。這種方法要消耗少量電能，一般適于氣溫不太低的地區(qū)。
2.落水式強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)將集熱器放在貯水箱上方，貯水箱有通大氣的開口，系統(tǒng)最高點(diǎn)設(shè)有通氣閥，由溫度差起動(dòng)器控制系統(tǒng)中的循環(huán)水泵的運(yùn)行及通氣閥的動(dòng)作。當(dāng)水箱底部和集熱板間的溫差超過規(guī)定的上限位時(shí)，通氣閥閉合，水泵起動(dòng)；當(dāng)溫差低于規(guī)定的下限值時(shí)，水泵停止，通氣閥打開，集熱器中的水靠重力作用全部迅速返回水箱。一般的大型太陽能熱水器系統(tǒng)常常采用這種方式防凍。
3.采用防凍液的復(fù)合回路系統(tǒng) 這種系統(tǒng)有兩個(gè)回路，一個(gè)回路由集熱器和換熱器所組成，此回路中使用不凍結(jié)的傳熱介質(zhì)，它可將集熱器收集到的太陽能通過換熱器傳遞給水箱中的水。這一回路一般采用強(qiáng)迫循環(huán)，對(duì)于一些小型系統(tǒng)，也采用自然循環(huán)方式。另一個(gè)回路是供熱水回路，通過這樣達(dá)到防凍目的。常用的防凍傳熱介質(zhì)的種類很多，如乙醇、乙二醇、丙三醇等醇類水溶液；硅油、芳香族和烴油等有機(jī)油類等。選用防凍液時(shí)，除了考慮凍結(jié)溫度外，還應(yīng)考慮防凍介質(zhì)無毒，成本低，與集熱器、換熱器材料不發(fā)生腐蝕，以及防凍介質(zhì)的熱物性等。換熱器可采用列管式、盤管式和板框式等。在自然循環(huán)的防凍介質(zhì)回路中，換熱器、集熱器及循環(huán)管內(nèi)的阻力與熱容大小要適當(dāng)，換熱器的面積以等于集熱器采光面積的一半為最佳。
