Stosuje się pojęcie sprawności chwilowej, średniej dziennej oraz średniej sprawności w całym cyklu roboczym (np. w sezonie). Dwie ostatnie to uśrednione wartości sprawności chwilowej w danym okresie.
Sprawność chwilową kolektora słonecznego oblicza się porównując w danej chwili moc użyteczną Q z mocą promieniowania słonecznego.
Na sprawność kolektora wpływają także cechy konstrukcyjne, a w szczególności właściwości przesłony przezroczystej i powłoki absorbera oraz skuteczność izolacji termicznej w danych warunkach. Sprawność kolektora wzrasta wraz ze wzrostem natężenia promieniowania słonecznego i wzrostem temperatury otoczenia oraz przy spadku temperatury czynnika grzewczego w kolektorze.
W niskich temperaturach otoczenia i niskiej temperaturze czynnika grzewczego sprawność kolektora może być wysoka i sięgać nawet 90%. Średnia sprawność instalacji słonecznych w sezonie w klimacie umiarkowanym w większości przypadków wynosi ok. 40% i zależy nie tylko od chwilowych sprawności kolektorów słonecznych ale też od sprawności systemu dostawy i odbioru ciepła.
Kolektor bez przesłony przezroczystej jest efektywniejszy niż kolektor zakryty, w przypadku gdy jest używany podczas słonecznych i ciepłych dni. W okresach chłodnych jego sprawność w porównaniu z kolektorami zakrytymi gwałtownie obniża się w wyniku braku osłony termicznej i efektu szklarniowego. Stosowanie większej liczby przesłon szklanych także obniża sprawność kolektora w okresach ciepłych, ale podwyższa w okresach chłodnych i wietrznych.
Podobne w skutkach jest użycie absorbera selektywnego zamiast malowanego ciemną farbą (nieselektywną). W danych warunkach w efekcie zastosowania powłoki selektywnej, wzrasta sprawność kolektora, a przy stałej sprawności wzrasta temperatura czynnika grzewczego. Wyższą sprawność można też uzyskać przez zastosowanie większego natężenia przepływu czynnika. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu zwiększa się różnica temperatur pomiędzy absorberem i czynnikiem, co ułatwia proces wymiany ciepła w absorberze. Ponadto wraz ze wzrostem natężenia przepływu rośnie prędkość, co sprzyja powstaniu turbulencji przyspieszającej proces wymiany ciepła. W tym samym kierunku działa zastosowanie absorbera o większej powierzchni wymiany ciepła (np. absorbery porowate w kolektorach powietrznych).
Wpływ zwiększenia grubości izolacji termicznej na charakterystykę sprawnościową kolektora. Jej znaczenie rośnie podczas chłodnych okresów.
Zastosowanie dodatkowego reflektora płaskiego przy kolektorze wpływa na zwiększenie natężenia promieniowania słonecznego i, a tym samym na wzrost sprawności. Rzeczą znamienną jest to, że w niekorzystnych warunkach klimatycznych (zachmurzenie,spadek temperatury) wzrasta wpływ reflektora na sprawność.
Kolektor eksploatowany w czasie dni pochmurnych i chłodnych pracuje przy niskiej sprawności. Skutecznymi metodami zwiększenia sprawmości jest zastosowanie podwójnego oszklenia albo selektywnego pokrycia lub zwiększenia grubości warstwy izolacyjnej, albo zastosowanie tych wszystkich metod jednocześnie. Nie pomaga w tym przypadku zastosowanie większego natężenia przepływu czynnika grzewczego. Dla kolektorów wykorzystywanych w letnie, słoneczne i ciepłe dni wystarczy pojedyncze oszklenie lub nawet brak przesłony przezroczystej podwyższy sprawność kolektora. W obu obszarach charakterystyki sprawności wraz z przyrostem temperatury absorbera i czynnika sprawność maleje.