高輝輝

摘要：太陽能作為一種可再生自然能源，其開發(fā)利用逐漸成為新型能源研究的熱點(diǎn)。筆者從專利角度分析光伏發(fā)電中最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制算法的發(fā)展，統(tǒng)計(jì)分析了MPPT控制算法的專利申請(qǐng)量、專利申請(qǐng)國，之后，著重從專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)區(qū)域、申請(qǐng)人類型分析MPPT控制算法的中國專利發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：光伏；MPPT；專利申請(qǐng)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，常規(guī)能源越來越供不應(yīng)求，同時(shí)，常規(guī)能源的大量使用也造成了全球范圍內(nèi)的環(huán)境污染和生態(tài)惡化。開發(fā)利用可再生能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今世界的必然發(fā)展趨勢(shì)，光伏發(fā)電已成為很多國家發(fā)展新能源的重點(diǎn)，其具有良好的發(fā)展前景。根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》[1]，太陽能將成為可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)，預(yù)計(jì)到2050年前后，太陽能發(fā)電總量將達(dá)到全球發(fā)電總量的50%以上。因此，了解最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制方法專利中的一些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)，對(duì)于我國研究開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法是非常必要的。

1、光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

為了研究光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法的發(fā)展情況，筆者統(tǒng)計(jì)分析了2003-2017年7月期間MPPT控制算法的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，根據(jù)光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請(qǐng)量的年度趨勢(shì)，可將光伏發(fā)電中最大功率點(diǎn)跟蹤算法的發(fā)展大致分為以下三個(gè)階段。

（1）萌芽階段

2007年之前，關(guān)于光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤的專利申請(qǐng)數(shù)量較少，全球?qū)＠麛?shù)量保持在一個(gè)較低水平，原因在于，在20世紀(jì)，太陽能科技的發(fā)展重點(diǎn)在于太陽能動(dòng)力裝置，以及太陽能電池等硬件技術(shù)的研究，也曾取得了重大的突破，然而由于光伏行業(yè)處于起步階段，市場(chǎng)需求不高，研究成效慢，難以與常規(guī)的能源競(jìng)爭(zhēng)，這一時(shí)期屬于MPPT控制算法的技術(shù)起步期。然而，隨著大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，各國并加大了太陽能發(fā)電的研究，并制定了一些新能源發(fā)展規(guī)劃；此后，太陽能利用進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展期，在此大環(huán)境下，部分學(xué)者，以及能源企業(yè)并關(guān)注到了太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究。

（2）快速增長階段

隨著美國和歐洲相繼宣布“百萬屋頂光伏計(jì)劃”，國外的光伏產(chǎn)業(yè)也達(dá)到了一個(gè)高潮。并且，2007年9月，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)頒布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，都促進(jìn)了太陽能技術(shù)的發(fā)展，另外我國政府的大力扶持光伏產(chǎn)業(yè)，加大光伏產(chǎn)業(yè)研發(fā)的投入，同時(shí)也促進(jìn)了中國在光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)方面的專利申請(qǐng)，也在一定程度上導(dǎo)致了全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量的增多。因此，在這一階段，全球光伏產(chǎn)業(yè)都在蓬勃發(fā)展，使得2007-2013年有關(guān)MPPT控制算法的專利申請(qǐng)也處于快速增長階段。

（3）技術(shù)成熟階段

2014年開始，專利申請(qǐng)出現(xiàn)小幅下滑，2014年之后有關(guān)MPPT控制算法的專利申請(qǐng)數(shù)量處于一個(gè)平穩(wěn)期（2017年申請(qǐng)量大幅下滑，是由于專利申請(qǐng)公開滯后性的原因，依據(jù)光伏產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的勢(shì)頭，該年應(yīng)該也屬于平穩(wěn)發(fā)展階段），這主要是由于光伏發(fā)電中MPPT控制算法的技術(shù)發(fā)展遭遇一定瓶頸，研究人員很難研發(fā)出速度快且準(zhǔn)確度高的MPPT控制算法；因此，人們需要從新技術(shù)進(jìn)行突破。

2、專利申請(qǐng)國分析

通過統(tǒng)計(jì)各國關(guān)于光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請(qǐng)量可知，中國申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國家，達(dá)到了69%；其次便是美國、韓國、日本以及中國臺(tái)灣。

可以看出，中國在該領(lǐng)域占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，這與中國太陽能事業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。近年來，我國對(duì)光伏市場(chǎng)的投資持續(xù)升溫，光伏企業(yè)迅速增加到了近千家左右，2004年太陽能電池的產(chǎn)量首次超過了印度，2006年太陽能電池生產(chǎn)總量超過美國成為全球第三大生產(chǎn)國，2007年太陽能電池生產(chǎn)能力超過日本和歐洲，占了全球的29%，躍居世界第一位，一舉超過了日本在此領(lǐng)域的霸主地位，成為全球太陽能發(fā)展最快的國家；而美國、韓國、日本作為傳統(tǒng)發(fā)達(dá)國家，對(duì)新能源的研究也在一直持續(xù)著，并且，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用也主要集中在美國、韓國、日本等發(fā)達(dá)國家。

3、中國專利申請(qǐng)分析

經(jīng)過第2部分對(duì)全球?qū)＠暾?qǐng)的分析可知，中國關(guān)于光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請(qǐng)量占比較高，因此，筆者認(rèn)為非常有必要針對(duì)MPPT控制算法的中國專利申請(qǐng)進(jìn)行詳細(xì)分析，下面從專利申請(qǐng)量趨勢(shì)、專利申請(qǐng)區(qū)域、專利申請(qǐng)人類型三方面分析中國的MPPT專利申請(qǐng)。

3.1中國專利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

基于對(duì)MPPT的中國專利申請(qǐng)量的統(tǒng)計(jì)，從2009年開始，中國相關(guān)專利申請(qǐng)量快速增長，直至2012年，申請(qǐng)量達(dá)到一個(gè)高峰；之后，從2012-2017年，有關(guān)申請(qǐng)量一直處于平穩(wěn)增長的趨勢(shì)，2017年申請(qǐng)量大幅下滑，是由于專利申請(qǐng)公開滯后性的原因，依據(jù)光伏產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的勢(shì)頭，該年應(yīng)該也屬于平穩(wěn)增長階段。將MPPT控制算法的中國專利申請(qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)與全球?qū)＠暾?qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)相比較，可得出，在前期相同，都處于萌芽階段以及快速增長期，而在后期，即2013年-2017年，我國的專利申請(qǐng)量并未有明顯下滑，而仍然在平穩(wěn)的增長，也就是說中國的MPPT控制算法的研究一直處于不斷進(jìn)步的狀態(tài)，這與中國對(duì)新能源發(fā)展的重視，以及相關(guān)企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)的專利意識(shí)逐步增強(qiáng)有很大關(guān)系。

3.2中國專利申請(qǐng)區(qū)域分析

由光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤國內(nèi)區(qū)域?qū)＠暾?qǐng)量的分布可知，MPPT控制技術(shù)已經(jīng)普及到中國很多城市，這充分體現(xiàn)了我國對(duì)可再生能源發(fā)展的重視；對(duì)比各個(gè)省市的專利申請(qǐng)量，江蘇省的MPPT專利申請(qǐng)量位列前茅，后續(xù)依次為上海、北京、廣東、浙江、深圳，可以看出，江蘇省的專利申請(qǐng)量占據(jù)總申請(qǐng)量的20%，是國內(nèi)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)研發(fā)的主要區(qū)域，筆者認(rèn)為，這與各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)以及科技發(fā)達(dá)程度有必不可少的聯(lián)系。

3.3申請(qǐng)人類型分析

筆者繼續(xù)統(tǒng)計(jì)MPPT算法專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人類型，可知，高校和公司申請(qǐng)比重最大，分別占據(jù)總申請(qǐng)量的55%和37%，可見我國最大功率點(diǎn)跟蹤算法的主要研究單位是大學(xué)院校，一方面體現(xiàn)了高校和公司專利意識(shí)較強(qiáng)，另一方面體現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤算法學(xué)術(shù)上的研究占了一大部分，還有一部分并未投入市場(chǎng)。而在公司和研究所的中申請(qǐng)量中，國家電網(wǎng)相關(guān)的機(jī)構(gòu)申請(qǐng)量最大，也就是說目前最大功率點(diǎn)跟蹤算法核心技術(shù)被相關(guān)的大企業(yè)所掌握。

4、總結(jié)

筆者從專利申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)區(qū)域、申請(qǐng)人類型等多個(gè)方面分析光伏發(fā)電中MPPT控制算法的發(fā)展，雖然最大功率點(diǎn)跟蹤的控制算法有過飛速發(fā)展的過程，但是最近幾年一直處于穩(wěn)步增長的狀態(tài)，部分原因在于MPPT控制算法的研究已經(jīng)處于瓶頸期，基本都是對(duì)各個(gè)經(jīng)典算法的進(jìn)一步改進(jìn)，創(chuàng)新算法方面突破較難；且目前來看，學(xué)術(shù)上的研究占仍然很大一部分，很多都未投入市場(chǎng)，這與MPPT控制算法的研究需要投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)，且無法快速獲得收益有關(guān)?；诖耍谖磥戆l(fā)展中，各個(gè)相關(guān)企業(yè)可與高校密切合作，這樣既能提升MPPT控制算法研發(fā)的速度，又可將研發(fā)成果盡快投入市場(chǎng)。上述分析結(jié)果可對(duì)相關(guān)企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)具有很好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃，國家發(fā)改委，2007-09-04

（作者單位：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）