本发明涉及具有两级蓄热水罐的直膨式太阳能热电联供系统。包括集热器阵列、高温级蓄热水罐、低温级蓄热水罐、螺杆膨胀机组、第一换热器和第二换热器。高温级蓄热水罐的热能适合于热功转换；低温级蓄热水罐的热能既可以通过有机朗肯循环进一步转换为电能，也可以直接给用户供热；集热器阵列依据太阳能辐照的强弱将热能传递给高温级蓄热水罐或低温级蓄热水罐或用于产生水蒸气。发电时，水工质直接在集热器阵列中吸热膨胀，无需过热措施，在200～300℃的中温条件下仍能高效进行热功转换，发电效率为10～25%。本发明提高了系统发电的稳定性以及设备的全年利用率，提高了系统发电和供热的独立性和灵活性，系统控制简单，充分高效地利用了太阳能资源。