我国北方冬季夜间的最低温度可达-10~-40℃，在这样低的气温下，平板式热水器中的存水会很快冻结，导致集热板胀裂破损。因此，入冬后不得不将水排空，停止使用。这样，不但利用率低，而且由于水排空后集热器和水箱的内表面接触空气，加速了材料的腐蚀，缩短了集热器的使用寿命。因此，如能使集热器在冬季继续运行，为用户提供热水，就成了发展太阳能热水器的重要问题。下面介绍几种常见的热水器防冻措施。
1.自动补热 在平板集热器的下联箱内，装一根绝缘良好的电热丝，并设置温度敏感元件。当水温降到0℃时，敏感元件发出信号，通过放大器合上电热丝电路上的开关，使它对水加热。这根电阻丝的功率可以很小，只要能保证集热器中的水不结冰即可。对于1m²的集热器，在-15℃的环境温度下保持不结冰，所需功率仅为1.2W。当水温超过1℃或2℃时，温控装置便发出信号切断电源。这种方法要消耗少量电能，一般适于气温不太低的地区。
2.落水式强迫循环系统 这种系统将集热器放在贮水箱上方，贮水箱有通大气的开口，系统最高点设有通气阀，由温度差起动器控制系统中的循环水泵的运行及通气阀的动作。当水箱底部和集热板间的温差超过规定的上限位时，通气阀闭合，水泵起动；当温差低于规定的下限值时，水泵停止，通气阀打开，集热器中的水靠重力作用全部迅速返回水箱。一般的大型太阳能热水器系统常常采用这种方式防冻。
3.采用防冻液的复合回路系统 这种系统有两个回路，一个回路由集热器和换热器所组成，此回路中使用不冻结的传热介质，它可将集热器收集到的太阳能通过换热器传递给水箱中的水。这一回路一般采用强迫循环，对于一些小型系统，也采用自然循环方式。另一个回路是供热水回路，通过这样达到防冻目的。常用的防冻传热介质的种类很多，如乙醇、乙二醇、丙三醇等醇类水溶液；硅油、芳香族和烃油等有机油类等。选用防冻液时，除了考虑冻结温度外，还应考虑防冻介质无毒，成本低，与集热器、换热器材料不发生腐蚀，以及防冻介质的热物性等。换热器可采用列管式、盘管式和板框式等。在自然循环的防冻介质回路中，换热器、集热器及循环管内的阻力与热容大小要适当，换热器的面积以等于集热器采光面积的一半为最佳。
