本发明实施例公开了一种光伏电池离网分层均衡充电系统，包括：单片机主控模块、总体充电模块、总体充电防反充模块、光伏电池模块、蓄电池模块、单组循环充电模块和总体充电循环充电选择模块。所述光伏电池离网分层均衡充电系统较现有的充电系统增加了总体充电循环充电选择模块和单组循环充电模块，利用总体充电循环充电选择模块依据外界光照条件选择充电模式，即在光伏电池模块的发电电压低于蓄电池模块的充电电压时，单片机主控模块会控制系统的总体充电循环充电选择模块选择单组循环充电模块对蓄电池模块进行充电，扩大单片机主控模块的控制电压范围，使能源得到最大化利用。