早期的風光互補發電系統僅是簡單地將風力發電系統和太陽能發電系統組合在一起，並沒有考慮系統匹配、最佳化等問題。要進行風光互補發電系統設計、充分發揮風光互補發電的優勢，首先要調查當地太陽能和風能資源狀況，然後在基礎資源資料的基礎上，對互補系統進行最佳化設計，風光互補發電系統建成後，應對其進行系統匹配測試和發電量等效能引數的實際測試，並進行評價。

離網風光互補發電系統框圖如圖1所示，光伏發電單元採用所需規模的太陽能電池將太陽能轉換為電能，風力發電單元利用中小型風力發電機將風能轉換為電能，並透過智慧控制中心對蓄電池充電、放電、逆變器進行統一管理，為負載提供穩定可靠的電力供應。兩個發電單元在能源的採集上互相補充，同時又各具特色。風光互補發電系統可充分發揮風力發電和光伏發電各自的特性和優勢，最大限度地利用好大自然賜予的風能和太陽能。對於用電量大、用電要求高，而風能資源和太陽能資源又較豐富的地區，選用風光互補發電系統無疑是一種最佳選擇。

離網風光互補發電系統是由風力發電機組、太陽能光伏電池組、蓄電池、控制器/逆變器、配電系統和用電裝置等組成。風光互補發電系統的控制器/逆變器上設定了風力發電機和太陽能電池兩個輸入介面，風力發電機和太陽能光伏電池發出的電，透過充電控制器向蓄電池組充電；然後將蓄電池儲存的直流電透過逆變器轉換為適合通用電器使用的交流電。

根據不同地區的風能、太陽能資源，以及不同的用電需求，使用者可配置不同的風光互補發電模式。做到完全利用自然資源自主發電，為照明或動力裝置提供穩定的電能。從理論上來講，利用風光互補發電，在設計上以風電為主，光電為輔是最佳匹配方案，前提是，要做到風能和太陽能的無縫對接，要做到無縫對接轉換，也就是不停電，同時要能對抗惡劣天氣，安全效能好。並且，在設計中還要考慮應用地的氣候、日照時間、最高最低風速、噪音等一系列外部因素，最佳化配置風力發電機和太陽能電池，以充分利用太陽能和風能。一方面降低發電系統裝置製造成本，另一方面，增加了利用自然能源的時間，則減少使用蓄電池的時間，提高蓄電池使用壽命。

目前，國外在風光互補發電系統的設計上，主要有兩種方法來確定功率：一是功率匹配法，即在不同輻射和風速下對應的太陽能電池陣列的功率和風力發電機的功率之和大於負載功率，並實現系統的最佳化控制。另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的太陽能電池陣列的發電量和風力發電機的發電量之和大於等於負載的耗電量，主要用於系統功率設計。目前，國內在風光互補發電系統進行研究的領域有：風光互補發電系統的最佳化匹配計算、系統最佳化控制等。