本申请涉及一种深海同位素温差发电系统，同位素电源上设有能量输出端口，与负载电路连接，为负载电路供电；储能模块包括并联的第一储能元件和第二储能元件，第一储能元件和第二储能元件均串连有充电电路和升降压转换电路；电压比较器和反向器串联形成电压比较支路，电压比较支路两端与两个升降压转换电路一一连接；电压比较器用于比较第一储能元件放电的电压和基准电压，在负载较小时，第一储能元件为负载电路供电，同时可对第二储能元件充电储存过剩发电量；负载较大时，第二储能元件直接为负载电路供电，实现了输出高功率、高质能比，减少同位素电源发电量的浪费。根据负载自动切换供能元件，能长期、稳定地应对波动的负载。