我國北方冬季夜間的最低溫度可達-10~-40℃，在這樣低的氣溫下，平板式熱水器中的存水會很快凍結，導致集熱板脹裂破損。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運行，為用戶提供熱水，就成了發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.自動補熱 在平板集熱器的下聯箱內，裝一根絕緣良好的電熱絲，并設置溫度敏感元件。當水溫降到0℃時，敏感元件發出信號，通過放大器合上電熱絲電路上的開關，使它對水加熱。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冰即可。對于1m2的集熱器，在-15℃的環境溫度下保持不結冰，所需功率僅為1.2W。當水溫超過1℃或2℃時，溫控裝置便發出信號切斷電源。這種方法要消耗少量電能，一般適于氣溫不太低的地區。
2.落水式強迫循環系統 這種系統將集熱器放在貯水箱上方，貯水箱有通大氣的開口，系統最高點設有通氣閥，由溫度差起動器控制系統中的循環水泵的運行及通氣閥的動作。當水箱底部和集熱板間的溫差超過規定的上限位時，通氣閥閉合，水泵起動；當溫差低于規定的下限值時，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常常采用這種方式防凍。
3.采用防凍液的復合回路系統 這種系統有兩個回路，一個回路由集熱器和換熱器所組成，此回路中使用不凍結的傳熱介質，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迫循環，對于一些小型系統，也采用自然循環方式。另一個回路是供熱水回路，通過這樣達到防凍目的。常用的防凍傳熱介質的種類很多，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油類等。選用防凍液時，除了考慮凍結溫度外，還應考慮防凍介質無毒，成本低，與集熱器、換熱器材料不發生腐蝕，以及防凍介質的熱物性等。換熱器可采用列管式、盤管式和板框式等。在自然循環的防凍介質回路中，換熱器、集熱器及循環管內的阻力與熱容大小要適當，換熱器的面積以等于集熱器采光面積的一半為最佳。
