柳 楊，趙立軍*，劉建輝，程建萍，何清吟，楊 艷

（1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）圖書館，湖北 武漢430074；2. 青海大學(xué)啟迪新能源學(xué)院，青海 西寧810016）

0 引言

分布式光伏的大規(guī)模接入給現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用等環(huán)節(jié)帶來(lái)了翻天覆地的變化。電力系統(tǒng)從大容量電源長(zhǎng)距離向負(fù)荷中心單向供電，轉(zhuǎn)變?yōu)檩斉潆娋W(wǎng)絡(luò)潮流的雙向流動(dòng)［1］。分布式光伏以其分散接入的友好性、便捷性、經(jīng)濟(jì)性受到了從工商業(yè)到民用等多種場(chǎng)景下的廣泛應(yīng)用［2］。

分布式光伏在國(guó)內(nèi)主要有兩種定義。一是能源局在2014年將分布式光伏定義為“在用戶所在場(chǎng)地或附近建設(shè)安裝、運(yùn)行方式以用戶端自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施；在地面或利用農(nóng)業(yè)大棚等無(wú)電力消費(fèi)設(shè)施建設(shè)、以35 kV 及以下電壓等級(jí)接入電網(wǎng)、單個(gè)項(xiàng)目容量不超過(guò)2×104kW 且所發(fā)電量主要在并網(wǎng)點(diǎn)變電臺(tái)區(qū)消納的光伏電站項(xiàng)目，納入分布式光伏發(fā)電規(guī)模指標(biāo)管理［3］”。二是國(guó)家電網(wǎng)公司在《國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)分布式電源并網(wǎng)服務(wù)管理規(guī)則的通知》中將分布式光伏分為兩類。第一類：10 kV以下電壓等級(jí)接入，且單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)總裝機(jī)容量不超過(guò)6 MW的分布式電源。第二類：35 kV電壓等級(jí)接入，年自發(fā)自用大于50%的分布式電源；或10 kV 電壓等級(jí)接入且單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)總裝機(jī)容量超過(guò)6 MW，年自發(fā)自用電量大于50%的分布式電源［4］。第一類代表屋頂分布式光伏項(xiàng)目，第二類代表地面分布式光伏項(xiàng)目。

2002 年至今，光伏電站特許招標(biāo)政策、上網(wǎng)優(yōu)惠電價(jià)、發(fā)電電量分地區(qū)補(bǔ)貼、金太陽(yáng)工程等一系列政策的出臺(tái)，使得光伏產(chǎn)業(yè)在我國(guó)迅猛發(fā)展［5］。根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017 年我國(guó)新增裝機(jī)容量為53.06 GW，占到全球新增容量的37.40%，連續(xù)多年為全球第一大增量市場(chǎng)，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模已超過(guò)130 GW，居于世界首位［6］。這也預(yù)示著我國(guó)已經(jīng)成為全球光伏產(chǎn)業(yè)第一大國(guó)?？v觀分布式光伏產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展歷程，主要可以分為以下3 個(gè)階段：金太陽(yáng)階段（2009-2012年），度電補(bǔ)貼階段（2013年-2015年）和迅速增長(zhǎng)階段（2016 年至今）［7］。為推進(jìn)分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，在出臺(tái)的“十三五”規(guī)劃中，我國(guó)對(duì)光伏市場(chǎng)的裝機(jī)容量做了明確規(guī)劃，發(fā)展重心明顯向分布式光伏發(fā)電轉(zhuǎn)移，在規(guī)劃的105 GW裝機(jī)容量中，分布式光伏電站目標(biāo)為60 GW，集中式地面電站目標(biāo)為45 GW，占比過(guò)半［8］。

隨著分布式光伏在我國(guó)電源占比的逐步提高，與分布式光伏相關(guān)的各類產(chǎn)業(yè)也蓬勃發(fā)展，逐漸覆蓋了整個(gè)光伏全產(chǎn)業(yè)鏈，從原材料制造加工，電站設(shè)計(jì)與建設(shè)，后期運(yùn)維與管理，整站測(cè)試與并網(wǎng)服務(wù)，我國(guó)的技術(shù)實(shí)力和裝備實(shí)力均逐年攀升［9］。

為以科學(xué)手段從專利角度分析我國(guó)分布式光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)，本文借助專利信息服務(wù)平臺(tái)，編寫檢索式如下：（標(biāo)題=“分布式光伏”O(jiān)R 摘要=“分布式光伏”O(jiān)R權(quán)利要求=“分布式光伏”）AND（申請(qǐng)日=20000101-20191231），得到申請(qǐng)日從2000年1月1日至2019 年12 月31 年間分布式光伏領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)，截止到檢索日2020年2月17日，共檢索到1 561件申請(qǐng)專利。通過(guò)對(duì)分布式光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。

1 國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展全景分析

1.1 專利量及類型分析

截止到2020年2月17日，分布式光伏產(chǎn)業(yè)國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)共計(jì)1 561 件，其中發(fā)明專利申請(qǐng)973 件，占比為62.3%。發(fā)明專利授權(quán)232件，發(fā)明專利授權(quán)比例為23.8%；實(shí)用新型576 件，占比為36.9%；外觀設(shè)計(jì)12 件，占比為0.8%，見(jiàn)表1。2019 年國(guó)內(nèi)發(fā)明專利授權(quán)比例為29%，分布式光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)明專利累計(jì)授權(quán)比例略低于2019年國(guó)內(nèi)水平。

從發(fā)明專利的法律狀態(tài)來(lái)看，授權(quán)有效專利227件，授權(quán)專利有效率為97.8%；在審專利587 件，占比60.3%，見(jiàn)表2。

表1 國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)專利類型（件）Table 1 The type of patents in distributed photovoltaic industry of China

表2 發(fā)明專利法律狀態(tài)分析（件）Table 2 The legal status of invention patent

其中，有效量是指發(fā)明專利授權(quán)后，仍在維持狀態(tài)的專利量；失效量是指發(fā)明專利授權(quán)后，不在維持狀態(tài)的專利量；審中是指專利申請(qǐng)受理后，仍在審查狀態(tài)的專利量；撤回是指專利申請(qǐng)受理后，由申請(qǐng)人主動(dòng)撤回的專利量；駁回是指專利申請(qǐng)受理后，由專利局駁回的專利量。

1.2 申請(qǐng)趨勢(shì)分析

如圖1所示，從專利申請(qǐng)時(shí)間分布趨勢(shì)來(lái)看，分布式光伏專利申請(qǐng)起始于2009 年，2009-2013 年專利申請(qǐng)量逐步提升。2009-2012 年，我國(guó)分布式光伏實(shí)行補(bǔ)貼政策，基于容量進(jìn)行一次性投資補(bǔ)貼，光伏產(chǎn)業(yè)開(kāi)始萌芽。該階段屬于金太陽(yáng)階段，光伏發(fā)展以集中式光伏電站為主，分布式光伏為輔［10］?！敖鹛?yáng)工程項(xiàng)目”實(shí)施50%的初始投資補(bǔ)貼，高初裝補(bǔ)貼帶動(dòng)了光伏電站的裝機(jī)增長(zhǎng)，2011年新增分布式光伏裝機(jī)同比增長(zhǎng)245.8%，2012年同比增長(zhǎng)79.7%［11］。

2014 年分布式光伏專利年申請(qǐng)量首次超過(guò)100件，其后專利年申請(qǐng)年保持高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，2015-2017年年專利申請(qǐng)量均在200 件以上，2018 年專利申請(qǐng)量達(dá)到峰值為382件。2013年國(guó)家能源局著手調(diào)整光伏發(fā)展戰(zhàn)略，重點(diǎn)發(fā)展分布式光伏產(chǎn)業(yè)，提出“2020年光伏發(fā)電裝機(jī)量達(dá)到100 GW”［12］，自此分布式光伏展業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。

2016年以后，由于“三北地區(qū)”（東北、華北、西北）新能源裝機(jī)增長(zhǎng)遠(yuǎn)超預(yù)期，棄電限電現(xiàn)象日益嚴(yán)重，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正式從以集中式為主的大型電站建設(shè)轉(zhuǎn)移到以分布式為主的爆發(fā)增長(zhǎng)［13］。如圖2 所示，2015年以后我國(guó)分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量逐年提升，2016 年累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到10.32 GW［14］，2016-2019 年累計(jì)裝機(jī)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，截止到2019年我國(guó)分布式光伏累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)到58.7 GW［15］。

圖1 專利申請(qǐng)年度趨勢(shì)分析Fig.1 The annual trends of patent applications

圖2 2013-2019年前9個(gè)月分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量Fig.2 Cumulative installed capacity of distributed photovoltaic power generation from 2013 to September 2019

1.3 技術(shù)方向趨勢(shì)分析

如圖3 所示，分布式光伏的主要技術(shù)領(lǐng)域集中在配電裝置、適用于商業(yè)的集成系統(tǒng)和太陽(yáng)能集熱器三大方向，專利數(shù)量分別為707、213 和173 件。由此可見(jiàn)，對(duì)光伏電站如何與配電網(wǎng)之間友好接入、協(xié)調(diào)運(yùn)行是現(xiàn)階段分布式光伏產(chǎn)業(yè)主要研究方向，其專利申請(qǐng)數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，從2010年的3件，逐漸發(fā)展到2018年的178件，在2019年分布式光伏專利申請(qǐng)總數(shù)有所減少的情況下，分布式光伏與配電網(wǎng)領(lǐng)域依然是最熱門的技術(shù)發(fā)展方向。另一方面，也說(shuō)明了現(xiàn)階段分布式光伏發(fā)展的主要制約因素是分布式光伏本體快速發(fā)展與我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后的矛盾，即在光資源條件較好的地區(qū)，受制于電網(wǎng)接納能力的限制［16］，分布式光伏的投資建設(shè)逐漸趨于飽和。在配電網(wǎng)系統(tǒng)分布式電源承載能力有限的前提下，研究分布式光伏的友好高效接入模式、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式依然是未來(lái)分布式光伏快速發(fā)展亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題［17］。

在配電網(wǎng)接納能力有限的前提下，除快速發(fā)展我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)，加快與分布式光伏的協(xié)調(diào)建設(shè)之外，還需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)研究。

圖3 主要技術(shù)方向發(fā)展趨勢(shì)分析Fig.3 The technology development trends

一是分布式光伏出力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù)。眾所周知，光伏電站的發(fā)電出力隨著太陽(yáng)輻照度的變化而變化，具有極大的隨機(jī)性。近年來(lái)，以局部地區(qū)高精度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為主的預(yù)測(cè)技術(shù)日益發(fā)展，光伏電站出力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)成為現(xiàn)實(shí)［18］。如何在以分鐘、小時(shí)、天等不同時(shí)間尺度下，做到分布式光伏電站出力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，將會(huì)對(duì)指導(dǎo)配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員提前做好調(diào)節(jié)資源的調(diào)配，最大程度保證光伏電量的消納起到重要幫助［19］。

二是分布式光伏的靈活控制技術(shù)。目前分布式光伏往往以用戶側(cè)電源的方式接入電網(wǎng)，其控制方式為MPPT（Maximum Power Point Tracing，最大功率電跟蹤），即按照最大的發(fā)電能力向電網(wǎng)進(jìn)行供電［20］，大多不具備調(diào)節(jié)能力。鑒于此，配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中必須具備更多輔助調(diào)節(jié)手段來(lái)匹配光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性和不確定性［21］。如果分布式光伏在電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力受限時(shí)具備一定的自我調(diào)節(jié)能力，那么配電網(wǎng)對(duì)于分布式光伏的接納能力將會(huì)大幅提升［22］。

三是分布式光伏的集群調(diào)度技術(shù)。分布式光伏的特點(diǎn)便是數(shù)量多、容量小、地理位置分散，實(shí)現(xiàn)單個(gè)電站的精益化運(yùn)行管理成本高、難度大［23］。如何利用5G、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生等新興技術(shù)，將某一片區(qū)域內(nèi)的若干數(shù)量的分布式光伏電站進(jìn)行集群化的管理和調(diào)度，充分發(fā)揮集群內(nèi)的調(diào)控運(yùn)行靈活性，將會(huì)成為未來(lái)大規(guī)模的分布式光伏接入與消納的主要途徑［24］。

2 分布式光伏企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力分析

2.1 主要申請(qǐng)人分析

國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)的研究單位大致可分為高校和企業(yè)兩種類型，在專利擁有量排名前10的申請(qǐng)單位中，國(guó)家電網(wǎng)累積擁有538件專利申請(qǐng)，占國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)總申請(qǐng)量的34.47%，這表明國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)的專利成果集中程度較高，從所有專利的體量來(lái)看，國(guó)家電網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力遠(yuǎn)超過(guò)其他機(jī)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)圖4。

圖4 分布式光伏產(chǎn)業(yè)TOP10申請(qǐng)人Fig.4 The TOP 10 applicants in in distributed photovoltaic industry of China

企業(yè)在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中所處的優(yōu)勢(shì)地位與其擁有的專利體量和專利質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系。從專利體量維度分析，國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)以國(guó)家電網(wǎng)和中國(guó)南方電網(wǎng)為代表，專利分布較為集中，技術(shù)實(shí)力差距較大。除國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)外，排名前10的專利申請(qǐng)人多為高校單位，以華北電力大學(xué)和天津大學(xué)為代表，這些高校擁有一批技術(shù)價(jià)值較高的研究成果，企業(yè)應(yīng)注重開(kāi)展與高校的產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)高校專利成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，從而提升行業(yè)整體發(fā)展水平。

對(duì)國(guó)家電網(wǎng)二級(jí)分支機(jī)構(gòu)擁有的專利申請(qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，列舉專利申請(qǐng)量在20 件以上的二級(jí)單位。專利申請(qǐng)量排名前三的機(jī)構(gòu)分別是國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司（88 件專利申請(qǐng)）、國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司（64 件專利申請(qǐng)）、中國(guó)電力科學(xué)研究院（62件專利申請(qǐng)），這三家機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)量累積達(dá)214 件，占國(guó)家電網(wǎng)專利申請(qǐng)總量的39.78%，見(jiàn)圖5。

圖5 國(guó)家電網(wǎng)主要分支機(jī)構(gòu)專利申請(qǐng)量Fig.5 The main branches of national grid

2.2 重點(diǎn)企業(yè)專利量及申請(qǐng)趨勢(shì)對(duì)比

對(duì)國(guó)家電網(wǎng)內(nèi)部三家重點(diǎn)企業(yè)的專利量及申請(qǐng)趨勢(shì)進(jìn)行分析。從專利類型來(lái)看，三家重點(diǎn)企業(yè)的專利申請(qǐng)以發(fā)明專利為主，專利質(zhì)量普遍較高（見(jiàn)表3）。從申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，三家企業(yè)關(guān)于分布式光伏的專利申請(qǐng)均起始于2013 年，年申請(qǐng)量均呈現(xiàn)波動(dòng)上漲趨勢(shì)，2015年年申請(qǐng)量達(dá)到第一個(gè)小高峰，但在2016年申請(qǐng)年均出現(xiàn)明顯回落（見(jiàn)圖6）。2013年由于國(guó)家的政策調(diào)整，分布式光伏的補(bǔ)貼模式由初投資補(bǔ)貼調(diào)整為電價(jià)補(bǔ)貼［25］，同時(shí)明確了相關(guān)財(cái)稅金融扶持政策，分布式光伏發(fā)電商業(yè)模式趨于成熟［26］，同年國(guó)家電網(wǎng)三家重點(diǎn)企業(yè)開(kāi)始分布式光伏專利的國(guó)內(nèi)布局。2016年，由于分布式光伏發(fā)電開(kāi)始呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，電價(jià)補(bǔ)貼資金的需求量也出現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)，光伏補(bǔ)貼的資金缺口開(kāi)始呈現(xiàn)逐年擴(kuò)大趨勢(shì)［27］。2016 年國(guó)家明確提出要降低光伏發(fā)電成本、實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，并推出了補(bǔ)貼退坡計(jì)劃［28］，三家重點(diǎn)企業(yè)的年專利申請(qǐng)量隨之出現(xiàn)了明顯下滑趨勢(shì)。2017年，國(guó)家能源局鼓勵(lì)以多種方式實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電項(xiàng)目電量的就近消納，電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)了分布式電源的電力輸送和交易服務(wù)［29］，2017年后三家重點(diǎn)企業(yè)的專利年申請(qǐng)量出現(xiàn)回暖。

從年申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，國(guó)家電網(wǎng)三家重點(diǎn)企業(yè)關(guān)于分布式光伏的專利布局時(shí)間較晚，三家企業(yè)均在分布式光伏市場(chǎng)趨于成熟的階段才開(kāi)始專利布局。同時(shí)也可以看到，企業(yè)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)與國(guó)家政策，特別是補(bǔ)貼政策的變化呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)，在2018年以前分布式光伏技術(shù)的發(fā)展速度嚴(yán)重依賴于國(guó)家補(bǔ)貼政策。2018年以后，光伏發(fā)展政策出現(xiàn)重大調(diào)整，由單純的規(guī)模式增長(zhǎng)變?yōu)樽非笙冗M(jìn)技術(shù)、并向無(wú)補(bǔ)貼平價(jià)模式轉(zhuǎn)化，分布式光伏產(chǎn)業(yè)面臨發(fā)展模式轉(zhuǎn)型，即將迎來(lái)新的行業(yè)發(fā)展契機(jī)。

表3 重點(diǎn)企業(yè)專利申請(qǐng)量對(duì)比（件）Table 3 The comparison of patent applications of key enterprises

圖6 重點(diǎn)企業(yè)專利申請(qǐng)趨勢(shì)對(duì)比Fig.6 The comparison of patent application trends of key enterprises

綜上所述，未來(lái)分布式光伏的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)將由規(guī)模性的爆發(fā)式增長(zhǎng)，逐漸轉(zhuǎn)型為與電網(wǎng)運(yùn)行協(xié)調(diào)互濟(jì)的發(fā)展模式［30］，由純有功輸出節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣β士煽氐撵`活可控電源，通過(guò)不斷地技術(shù)和產(chǎn)品革新，最終形成無(wú)補(bǔ)貼競(jìng)價(jià)上網(wǎng)模式［31］。

3 結(jié)論

我國(guó)分布式光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)進(jìn)入穩(wěn)定快速發(fā)展階段。我國(guó)分布式光伏專利申請(qǐng)起始于2009年，2014年首次突破年申請(qǐng)量100件大關(guān)，進(jìn)入快速發(fā)展階段，2016 年以后年專利申請(qǐng)量均維持在200 件左右，專利申請(qǐng)進(jìn)入快速穩(wěn)定增長(zhǎng)時(shí)期。我國(guó)分布式光伏的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)明顯的政策導(dǎo)向趨勢(shì)，專利申請(qǐng)量與國(guó)家政策的扶持力度呈現(xiàn)明顯正相關(guān)關(guān)系。

現(xiàn)階段我國(guó)的分布式光伏產(chǎn)業(yè)以如何實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)之間的友好介入和協(xié)調(diào)運(yùn)行為主要研究方向。如何在配電網(wǎng)系統(tǒng)有限的承載范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)分布式廣度的友好高效接入與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)運(yùn)行，始終是分布式光伏產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)技術(shù)方向。此外，提升分布式光伏出力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù)、分布式光伏的靈活控制技術(shù)和集群調(diào)度技術(shù)，也是未來(lái)分布式光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)增長(zhǎng)方向。

從所擁有的專利體量來(lái)看，國(guó)家電網(wǎng)在國(guó)內(nèi)分布式光伏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在專利擁有量排名前十的機(jī)構(gòu)中，國(guó)家電網(wǎng)累計(jì)擁有專利申請(qǐng)538件，占國(guó)內(nèi)申請(qǐng)總量的34.47%，其次為南方電網(wǎng)，專利申請(qǐng)量72件。在國(guó)家電網(wǎng)集團(tuán)的下屬二級(jí)單位中，專利申請(qǐng)量排名前三的分別是國(guó)網(wǎng)江蘇公司、國(guó)網(wǎng)浙江公司和中國(guó)電科院。