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目前风力-光伏复合发电虽然解决了互补的问题，但仍然存在光伏电池板占地面积较大、太阳能发电效率较低;风力机叶片结构不合理、绕组设计方法与接法控制设计缺陷导致捕风性能较差以及风力机发电效率较低等诸多问题，制约了风力-光伏复合发电技术的进一步推广应用。为此，国内外正致力于探索提高风力-光伏复合发电机组（系统）性能的新方法、新技术，其中基于仿生学概念的仿生技术应用研究成为这一领域一个新的研究热点和前沿技术。
本论文从仿生学的角度出发，模拟自然界生物体的结构，借鉴植物光合作用机理，研究树木不同树冠下的光合作用、植物叶片的结构力学特性和竹子竹节的力学特性，相应进行了风力机仿生叶片结构研究、绕组设计方法与接法控制研究、太阳能光伏发电仿生结构研究以及支撑部分仿生结构研究。本论文所采用研究方法与所取得的成果，在太阳能、风能等绿色能源应用基础研究方面具有重要的学术研究价值、对提高风力-光伏复合发电性价比的关键技术解决，具有重要现实意义与应用参考价值。
本论文主要研究工作和所取得成果体现在:
深入研究分析了国内外风力发电、光伏发电、风力-光伏复合发电以及仿生学仿生结构的研究现状和主要研究问题。
在现有风力机叶片理论研究成果的基础上，对风力机基本设计理论进行了论述，基于水平轴风力机叶片气动设计理论，详细推导了风能利用率数学表达式;基于叶素理论、动量-叶素理论，建立仿生叶片模型，根据已有的载荷基础，采用计算机仿真，对风力机叶片进行结构性能分析、建立动力学数学模型、模态计算，获得叶片的各种位移图、相关频率及振型为风力机叶片的研究设计提供了一种新的途径。
基于谐波理论，论述了以“安培导体单元”为基本元素的无短距系数的广义整距绕组变极设计方法，研究了变极电机工作原理，进行了变极设计方法研究，采用这种方法设计的变极电机，具有变前极与后极都等效于整距绕组功能，并以4/6变极为例加以详细说明。
研究了采用新型2△/3△接法变极和变滑差相结合控制方法以及高效双速感应发电机采用不断电切换技术，解决了因风力经常变化引起的转速不断切换所造成的能量损失问题，使风力发电机具有并网时电压频率能自动恒定、转速转换不断电、无能量中断损失、不存在变流器及变频器产生的高次谐波对电网的污染以及变极转换简单等，与同步型风力发电机相比，省去了变流器和复杂的控制系统，极大地降低了风力发电机组的成本。
基于植物光合作用机理和树冠基本结构与类型，进行了基于仿生学的光伏发电系统的研究。研究、比较自然界中树木在不同树冠形状结构下光能利用效率的差异，选择各种不同树冠的形状结构，利用软件进行仿真研究分析，探索仿生结构的机理，建立光伏发电仿生结构模型;搭建了光伏发电仿生试验装置，对光能利用效率进行比较和理论分析。
以竹子竹节为原型，在研究竹子和竹节的结构力学基础上，提出了一种支撑部分仿生竹子竹节的结构模型，研究系统支撑仿生结构的性能。
深入研究和解决了系统的蓄电池充放电控制、现场数据采集和远程组态监测等其他关键技术问题，进一步提高了风力-光伏复合发电系统的稳定性和可靠性。
本文的主要创新工作如下:
1.基于植物光合作用机理和树冠基本结构与类型，进行了基于仿生学的光伏发电系统的探索研究;研究、比较自然界中树木在不同树冠形状结构下光能利用效率的差异，选择各种不同树冠的形状结构，利用软件进行仿真研究分析，采用不同树冠形状结构的光伏发电研究分析、比较不同朝向和角度的研究方法及所得出的结论具有非常重要的应用参考价值。
2.基于仿生学概念和数值模拟分析方法，探索了植物叶片结构与其力学性能之间的内在关联性，建立了精确的数学模型;对实际植物叶片，分别通过AutoCAD、ANSYS软件获取植物叶片的坐标数据点云和建立简化的叶片有限元模型，并进行风力均匀分布加载求解振动模态分析，所建立的数学模型和所采用计算机仿真方法能有效地指导风机叶片优化设计。
3.提出了一种以“安培导体单元”为基本元素的广义整距绕组变极电机设计方法，深入研究了变极电机工作原理，进行了变极技术研究，所设计的变极电机，具有变前极与后极都等效于整距绕组功能，解决了电机设计理论当中变极绕组不能同时适应变前极与后极的根本性问题，提高了电机的绕组利用率和性能。
4.基于风力发电机的特点，针对3Y/3Y接法变极的局限性，提出一种新的交流电机反向换相变极法-新型2△/3△接法变极，这种接法用于稍宽极比变极电机比3Y/3Y接法更加优越，应用新型2△/3△接法能获得较好的转矩性能和较大的功率输出，改善了风力机的整体性能。
5.以竹子竹节为原型，在研究竹子和竹节的结构力学基础上，提出了一种支撑部分仿生竹子竹节的结构模型，并研究了系统支撑仿生结构的性能;该仿生支撑结构可极大增强抗风力的能力、提高风力-光伏发电系统的稳定性和可靠性。
本论文得到了国家自然科学基金面上项目“船舶绿色照明光伏发电-余热回收仿生结构的机理与试验研究”(51179074)的资助。