本发明公开了一种太阳能蓄热和光伏膜蓄能的调温装置及运行方法。该装置包括相变蓄热调温模块、柔性光伏膜蓄能调温模块、大棚保温模块和自控模块。所述相变蓄热调温模块包括集热子模块和可移动的调温子模块；集热子模块由保温箱体、保温垫层和双层中空玻璃组成；调温子模块包括涂黑铝箔袋封装的相变材料、固定卡槽和金属支架；所述柔性光伏膜蓄能调温模块由柔性光伏膜、蓄电池、电加热带构成；大棚保温模块由保温棉、电动卷轴和直流电机组成；自控模块由温度探头、数据采集网关、控制器和服务器组成。本发明装置利用太阳能来提高冬季棚内温度，有效防止南方大棚内植物冻死、保证植物正常生长，节能环保、安全可靠，模块化组合适宜推广。