由热管真空管型太阳集热器构成的太阳能热水系统，是热管式真空管及其太阳集热器在实际应用中推广最为广泛的。在实际工程应用中，可以根据不同的气候条件、系统用途和用户要求，综合考虑集热器的阵列组合、热量的储存、系统的防冻、辅助能源的选择．组成不同的太阳能热水系统，比如太阳能中央热水系统、太阳能供热供暖系统、太阳能游泳池热水系统，可广泛用于民用住宅、宾馆、饭店、学校、部队、工厂、医院等生活社会场所，还可以用于工业生产作业热水、开水预热等。热管真空管型太阳能热水系统也可以分为直接循环和间接循环两种，两者相比，直接循环系统只能以单一方式提供热水，系统简单，而间接循环系统则可以提供不同温度的热源以及提供不同用途的生活和工业热水等，具有承压性，系统稍显复杂 。
在已经建成的槽式聚光太阳能热发电站中，接收器一般采用直通式全玻璃真空集热管，与其相比，热管式真空集热管在承压能力方面有一定优势。在直接用水作吸热介质的单回路槽式聚光太阳能热发电系统中，采用热管式真空集热管可有效解决承压问题。它还相当于“二次换热”，换热介质只与热管冷凝段发生换热，热管启动快、相变传热的方式使其具有高效率 。
太阳能制冷与空调系统需要较大的太阳集热面积和较高的热源，因此需要合理布置太阳集热器阵列，这种系统与太阳能热水系统相似。热管真空管型太阳集热器阵列承压能力强、流动阻力小，是一种适合大规模工程化的集热器。将热管真空管型太阳集热器、热泵和空调结合在一起使用可以同时满足冬季供暖和夏季制冷两种要求，还可以满足日常生活用热水的需要，克服了单纯利用太阳能供暖时，寒冷天气和阴雨天热量不足的缺点，能够进一步提高整个系统的性能。对于双效和三效溴化锂一水吸收式制冷系统，它们需要150℃以上的高温水，可通过热管真空管型太阳集热器来获取高温热源，采用CPC聚光的方式效果更佳。另外，热管真空管型太阳集热器也可以满足太阳能固体吸附式制冷驱动热源的要求，其所选工质的解析温度一般不高于100℃，所以闷晒或者聚光形式均可达到要求 。
将太阳能与膜蒸馏技术相结合进行淡化水处理，是太阳能热利用的一个重要领域。热管真空管型太阳集热器可以提供较高的温度，能为膜蒸馏热端加热系统提供热水，实现海水、苦咸水的淡化。传统的太阳能海水淡化所需要的供热温度在70℃～100℃，可以和太阳能制冷系统相结合，传热介质先流经太阳能制冷系统，再为太阳能海水淡化提供热源，提高了太阳能热利用的效率 。
