双罐储热系统一般由两个储罐组成。储热工质在高温状态时存储在热罐中，在低温状态时存储于冷罐中。双罐系统中常用的传储热工质包括水、导热油和熔融盐等。该储热方式的储热效率高于单罐斜温层储热方式，但是在大型储热系统中，双储罐设计会增加系统的占地面积，提高系统的初始投资。

大部分太阳能热发电电站的储热系统采用双罐储热方式。在太阳能热发电系统中，双罐储热可以进一步细分为双罐直接式储热和双罐间接式储热。在双罐直接式储热中，储热介质和吸收太阳能热量的传热介质使用同一种工质。在储热过程中，储热介质由冷罐流出后，在太阳能集热器吸收热量后进入热罐。其中一部分流体进入换热系统加热水工质产生蒸汽进行发电，剩余的高温流体存储在高温储罐内。释热过程中，高温流体从高温储罐流经换热系统向热水工质释放热量，然后流入低温储罐存储。双罐间接式储热系统中，吸收太阳能的传热流体和储热介质采用的是两种不同的流体介质，两者之间通过换热器进行传热。储热时，储热介质由冷罐流出后，在换热器内与系统的传热工质进行热交换，温度升高后进入高温储罐存储。释热过程中，高温流体从高温储罐流经换热器向传热工质释放热量，然后流入低温储罐存储。