本发明提供了一种基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统及控温方法，属于相变蓄热技术领域。其技术方案为：包括高温热源，高温热源通过废热管经蒸发器流出，蒸发器的进口和出口通过换热循环管连接，所述换热循环管上依次连接压缩机、梯级蓄热装置和储液罐；太阳能集热器的进口和出口通过集热循环管连接，集热循环管上连接梯级蓄热装置；常温水源通过供热循环管经梯级蓄热装置和待加热设备流出；控温系统包括控制器、设置在供热循环管上的温控球阀和温度传感器。本发明的有益效果为：通过不同温度梯度的换热设计，提高了热能的储放速率，大幅提高了相变储能装置的性能及效率，加快热能换热速度，提高了相变储能装置的应用性能。