最初的風光互補供電系統，就是將風力機和光伏組件進行簡單的組合，因為缺乏詳細的數學計算模型，同時系統只用於保證率低的用戶，導致使用壽命不長。
近幾年隨著風光互補供電系統套用範圍的不斷擴大，保證率和經濟性要求的提高，國外相繼開發出一些模擬風力、光伏及其互補供電系統性能的大型工具軟體包。通過模擬不同系統配置的性能和供電成本可以得出最佳的系統配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作開發了hybrid2套用軟體。 hybrid2本身是一個很出色的軟體，它對一個風光互補系統進行非常精確的模擬運行，根據輸入的互補發電系統結構、負載特性以及安裝地點的風速、太陽輻射數據獲得一年8760小時的模擬運行結果。但是hybrid2隻是一個功能強大的仿真軟體，本身不具備最佳化設計的功能，並且價格昂貴，需要的專業性較強。
在國外對於風光互補供電系統的設計主要有兩種方法進行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的功率和風機的功率和大於負載功率，只要用於系統的最佳化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的發電量和風機的發電量的和大於等於負載的耗電量，主要用於系統功率設計。
風光互補供電系統的結構及原理
風光互補供電系統主要由風力發電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分組成，該系統是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智慧型控制技術為一體的複合可再生能源發電系統。
(1)風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電；
(2)光伏發電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然後對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電；
(3)逆變系統由幾台逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統的供電質量；
(4)控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節：一方面把調整後的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多餘的電能送往蓄電池組存儲。發電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統工作的連續性和穩定性；
(5)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。
風光互補發電系統根據風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風力發電機組單獨向負載供電；光伏發電系統單獨向負載供電；風力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電。
風光互補供電系統與單項能源供電的比較
風光互補供電比單獨風力發電或光伏發電有以下優點：
利用風能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性；
在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；
通過合理地設計與匹配，可以基本上由風光互補供電系統供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發電機組等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。
風光互補發電系統的套用前景
無電農村的生活、生產用電
中國現有9億人口生活在農村，其中5%左右目前還未能用上電。在中國無電鄉村往往位於風能和太陽能蘊藏量豐富的地區。因此利用風光互補發電系統解決用電問題的潛力很大。採用已達到標準化的風光互補發電系統有利於加速這些地區的經濟發展，提高其經濟水平。另外，利用風光互補系統開發儲量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠地區的農村人口提供最適宜也最便宜的電力服務，促進貧困地區的可持續發展。
我國已經建成了千餘個可再生能源的獨立運行村落集中供電系統，但是這些系統都只提供照明和生活用電，不能或不運行使用生產性負載，這就使系統的經濟性變得非常差。可再生能源獨立運行村落集中供電系統的出路是經濟上的可持續運行，涉及到系統的所有權、管理機制、電費標準、生產性負載的管理、電站政府補貼資金來源、數量和分配渠道等等。但是這種可持續發展模式，對中國在內的所有開發中國家都有深遠意義。
半導體室外照明中的套用
世界上室外照明工程的耗電量占全球發電量的12%左右，在全球日趨緊張的能源和環保背景下，它的節能工作日益引起全世界的關注。
基本原理是：太陽能和風能以互補形式通過控制器向蓄電池智慧型化充電，到晚間根據光線強弱程度自動開啟和關閉各類led室外燈具。智慧型化控制器具有無線感測網路通訊功能，可以和後台計算機實現三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智慧型化控制器還具有強大的人工智慧功能，對整個照明工程實施先進的計算機三遙管理，重點是照明燈具的運行狀況巡檢及故障和防盜報警。
室外道路照明工程主要包括：
車行道路照明工程(快速道/主幹道/次幹道/支路)；
小區(廣義)道路照明工程(小區路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。
目前已被開發的新能源新光源室外照明工程有：風光互補led智慧型化路燈、風光互補led小區道路照明工程、風光互補led景觀照明工程、風光互補led智慧型化隧道照明工程、智慧型化LED路燈等。
航標上的套用
我國部分地區的航標已經套用了太陽能發電，特別是燈塔樁，但是也存在著一些問題，最突出的就是在連續天氣不良狀況下太陽能發電不足，易造成電池過放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽能發電不足的問題尤為嚴重。
天氣不良情況下往往是伴隨大風，也就是說，太陽能發電不理想的天氣狀況往往是風能最豐富的時候，針對這種情況，可以用以風力發電為主，光伏發電為輔的風光互補發電系統代替傳統的太陽能發電系統。風光互補發電系統具有環保、無污染、免維護、安裝使用方便等特點，符合航標能源套用要求。在太陽能配置滿足春夏季能源供應的情況下，不啟動風光互補發電系統；在冬春季或連續天氣不良狀況、太陽能發電不良情況下，啟動風光互補發電系統。由此可見，風光互補供電系統在航標上的套用具備了季節性和氣候性的特點。事實證明，其套用可行、效果明顯。
監控攝像機電源中的套用
目前，高速公路道路攝像機通常是24小時不間斷運行，採用傳統的市電電源系統，雖然功率不大，但是因為數量多，也會消耗不少電能，採用傳統電源系統不利於節能；並且由於攝像機電源的線纜經常被盜，損失大，造成使用維護費用大大增加，加大了高速公路經營單位的運營成本。
套用風光互供發電系統為道路監控攝像機提供電源，不僅節能，並且不需要鋪設線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區會出現惡劣的天氣情況，如連續灰霾天氣，日照少，風力達不到起風風力，會出現不能連續供電現象，可以利用原有的市電線路，在太陽能和風能不足時，自動對蓄電池充電，確保系統可以正常工作。
通信基站中的套用
目前國內許多海島、山區等地遠離電網，但由於當地旅遊、漁業、航海等行業有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會很大，若採用市電供電，架桿鋪線代價很大，若採用柴油機供電，存在柴油儲運成本高，系統維護困難、可靠性不高的問題。
要解決長期穩定可靠地供電問題，只能依賴當地的自然資源。而太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源，在海島相當豐富，此外，太陽能和風能在時間上和地域上都有很強的互補性，海島風光互補供電系統是可靠性、經濟性較好的獨立電源系統，適合用於通信基站供電。由於基站有基站維護人員，系統可配置柴油發電機，以備太陽能與風能發電不足時使用。這樣可以減少系統中太陽電池方陣與風機的容量，從而降低系統成本，同時增加系統的可靠性。
抽水蓄能電站中的套用
風光互補抽水蓄能電站是利用風能和太陽能發電，不經蓄電池而直接帶動抽水機實行補丁時抽水蓄能，然後利用儲存的水能實現穩定的發電供電。這種能源開發方式將傳統的水能、風能、太陽能等新能源開發相結合，利用三種能源在時空分布上的差異實現期間的互補開發，適用於電網難以覆蓋的邊遠死去，並有利於能源開發中的生態環境保護。
