自动控制装置探测到太阳能水箱内的水温达不到设定值时，热泵开始工作并通过混合工质与水箱内的水进行热交换，最终保持水温稳定。热泵的工作原理是把环境介质中贮存的能量在蒸发器中加以吸收而蒸发，蒸发后的制冷剂被压缩机吸入并压缩成高温高压的气体，然后被排入设置在太阳能储热水箱底部的冷凝器中放热。制冷剂蒸气通过工质循环系统内，与水进行对流换热而得到冷凝，同时水得热而升温。

冷凝器的工质经膨胀阀或毛细管节流又重新流入蒸发器中，由此完成一次工作循环。阴天或夜间，热泵蒸发器通过吸收环境大气中的低品热源，保障热泵正常工作，从而可以全天候的产生热水。

太阳能热泵是将空气能热泵与太阳能集热系统相结合的一种装置，在有太阳辐射时，系统转化为太阳能热泵原理制热；在阴雨天或夜晚没有太阳辐射时，系统转化为空气能热泵原理制热。系统装置既能保证供热的稳定，又具有相对空气能热泵和太阳能集热系统较高的制热效率，通过对办公楼顶的太阳能与热泵供热采暖工程的测试和应用，节能效果显著。
非直膨式系统中，太阳能集热介质通常采用水、空气或防冻溶液等流体，使它们在太阳能集热器中吸收热量，然后将此热量直接传递给加热对象或作为蒸发器热源经热泵循环升温后再加热物体。根据太阳能集热循环与热泵循环的不同连接形式，非直膨式太阳能辅助热泵又可分为串联式、并联式和双热源式三种基本形式。