将太阳的辐射能（光能）高效地转化为热能，并利用热传递和自然对流（或强制循环）将热量传递给水，最终储存起来供使用。整个过程可以分解为以下几个关键步骤：
光能吸收：
- 太阳光照射到热水器核心部件——集热器上。
- 集热器的关键部分是吸热体（通常是金属板，如铜或铝），其表面涂有特殊的选择性吸收涂层。这种涂层具有极高的太阳光吸收率（吸收大部分可见光和近红外光），同时自身的热辐射率很低（减少自身向外的热损失），从而能高效地将光能转化为热能。
热能转换与传递：
- 吸热体吸收太阳辐射后，温度迅速升高。
- 热量通过热传导传递到与吸热体紧密接触的传热介质：
- 直接系统（最常见家用型）： 传热介质就是水本身。吸热体内部或紧贴吸热体背面有水流管道（通常是铜管或铝管），水在管道内流动时被加热。
- 间接系统（分体式或防冻型）： 传热介质是防冻液（如乙二醇水溶液）。吸热体加热管道内的防冻液。防冻液再通过一个换热器（通常位于储水箱内）将热量传递给水箱中的生活用水，两者不直接混合。这种方式适用于寒冷地区，防止管道冻裂。
热循环：
- 被加热的介质（水或防冻液）温度升高，密度变小，变得“更轻”。
- 自然循环（热虹吸效应 - 常见于紧凑式一体机）：
- 集热器通常安装在储水箱下方。
- 集热器中被加热的水/介质上升，流入位置更高的储水箱上部。
- 储水箱底部温度较低、密度较大的水/介质下沉，流入集热器底部被加热。
- 如此形成自然循环对流，不断将集热器获得的热量带到储水箱中储存。
- 强制循环（常见于分体式系统）：
- 当集热器和储水箱分离安装（如集热器在屋顶，水箱在室内），或系统较大时，自然循环动力不足。
- 此时需要水泵强制驱动传热介质（通常是防冻液）在集热器回路和连接储水箱内换热器的回路之间循环，将热量从集热器“泵送”到储水箱。
热能储存：
- 被加热的水最终储存在保温储水箱中。
- 储水箱有厚厚的保温层（常用聚氨酯发泡），大大减少热量散失，保证在夜间或阴天时也能提供热水。
- 储水箱通常配有进水口（连接冷水管）、出水口（连接热水管）、排气口和安全阀。
辅助与控制（可选但常见）：
- 温度传感器： 监测集热器和储水箱的温度。
- 控制器： 根据传感器信号控制水泵启停（强制循环系统），或在阳光不足、水温不够时启动电辅助加热器（通常浸没在储水箱中），确保稳定供应热水。
- 防冻保护： 在寒冷地区，强制循环系统在低温时会自动启动水泵循环防冻液，防止冻坏管道和集热器；或使用具有防冻自排空功能的集热器。
总结工作流程（以最常见的自然循环真空管式为例）：
太阳光穿过真空玻璃管（减少对流和传导热损失）。
光线照射到内管表面的选择性吸收涂层上，光能转化为热能。
热量传导给紧贴涂层的内管壁及管内的水。
管内的水被加热，温度升高，密度变小，开始上升。
热水上升进入储水箱上部。
储水箱底部温度较低的水下沉，通过连接管流入真空管底部。
下沉的冷水在管内被加热，再次上升，形成自然循环。
热水不断在储水箱中积聚，保温层减少热量损失。
用户打开热水龙头，储水箱顶部的热水流出，同时冷水从底部补入水箱，开始新一轮加热循环（或通过冷水压力顶出热水）。
关键优势：
- 节能环保： 主要利用免费、清洁的太阳能，大幅减少电或燃气消耗。
- 运行成本低： 阳光充足时，几乎零成本供应热水。
- 结构相对简单，维护方便： 尤其是一体式自然循环系统。
影响效率的因素：
- 日照强度和时长： 晴天、正午效率最高。
- 集热器类型和面积： 真空管效率通常高于平板集热器（尤其在寒冷或多云天气），面积越大产热越多。
- 安装角度和朝向： 最佳朝向是正南（北半球），倾角通常与当地纬度相近，以最大化接收全年太阳辐射。
- 保温性能： 储水箱和管道保温越好，热损失越小。
- 环境温度与风速： 环境温度低、风速大会增加热损失。
- 水质： 硬水容易结垢，影响集热器效率，需定期维护。
通过理解光热转换、热传递和自然/强制循环这三个核心物理过程，就能清晰地掌握太阳能热水器如何将免费的阳光转化为我们可用的热水。
