基于專利地圖的太陽能產(chǎn)業(yè)專利現(xiàn)狀與技術(shù)研究

王 磊

(合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院,安徽合肥 230009)

專利作為最先進(jìn)技術(shù)的載體,是衡量產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和國家競爭力的重要指標(biāo),同時通過對該產(chǎn)業(yè)專利信息的分析,可以掌握新專利的技術(shù)發(fā)展方向。了解科技進(jìn)展與趨勢,也是制定具體專利戰(zhàn)略的必要步驟。

太陽能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,各個國家和企業(yè)為了能在未來的能源市場取得領(lǐng)先優(yōu)勢,積極地開始專利圈地。通過對專利數(shù)據(jù)的檢索分析,可以對目前太陽能產(chǎn)業(yè)的專利現(xiàn)狀和發(fā)展有更清晰的認(rèn)識。

1 專利地圖理論分析與數(shù)據(jù)來源

1.1 專利地圖理論及其分類

制定專利戰(zhàn)略的重要工具是專利地圖,專利地圖研究起源于日本。20世紀(jì)末,為了促進(jìn)專利信息的有效利用,同時意識到對于風(fēng)險投資公司、中小企業(yè)或大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)而言,要獨(dú)立完成專利地圖的制作并非易事,日本專利局從1997年起針對日本重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域展開大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)技術(shù)專利地圖分析,并提供給產(chǎn)業(yè)界使用[1]。

所謂專利地圖,是對專利文獻(xiàn)中所包含的科技信息、法律信息進(jìn)行加工剖析,將提煉出的數(shù)據(jù)以地圖的形式繪制于圖表中,反映蘊(yùn)含在專利數(shù)據(jù)內(nèi)豐富多樣和錯綜復(fù)雜的情報。通過對專利地圖的對比、分析和研究,可做出預(yù)測和判斷,從而得到可利用的技術(shù)水平、動態(tài)、發(fā)展趨勢等情報,為決策者提供更直觀的情報支持。由于其形式簡單,易于觀察,專利地圖是指導(dǎo)政府部門、科研機(jī)構(gòu)、高薪企業(yè)進(jìn)行專利戰(zhàn)略布局和專利技術(shù)研發(fā)的有效分析手段[2]。

通常認(rèn)為,專利地圖分為專利管理圖和專利技術(shù)圖2類:

(1)專利管理圖主要是將大量的資料依據(jù)“專利數(shù)量”、“專利所有人”、“發(fā)明人”、“引證率”等不同變量做歸納分析。旨在了解某技術(shù)所處的發(fā)展階段、該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的重要競爭國家或地區(qū),以及主要競爭企業(yè)的研發(fā)實(shí)力和該技術(shù)的熱點(diǎn)申請領(lǐng)域等重要信息,可幫助企業(yè)獲取市場競爭狀況、尋找商業(yè)機(jī)會等。主要包括:專利件數(shù)動向圖、申請人分布圖、企業(yè)專利數(shù)量消長圖、所屬地區(qū)專利數(shù)量比例圖、企業(yè)發(fā)明陣容比較圖等。

(2)專利技術(shù)圖主要服務(wù)于技術(shù)研發(fā),旨在從技術(shù)層面了解某專利技術(shù)的擴(kuò)散情況,進(jìn)一步預(yù)測技術(shù)的未來發(fā)展趨勢,以確立技術(shù)開發(fā)的方向,并避開競爭對手的“專利陷阱”等,以幫助企業(yè)作出技術(shù)研發(fā)決策,因而對技術(shù)創(chuàng)新有重要意義。主要包括:專利引證關(guān)系技術(shù)族譜圖、專利技術(shù)/功效矩陣圖、專利技術(shù)發(fā)展圖等[3]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文國際檢索入口為 Derwent Innovation Index(DII,德溫特世界專利創(chuàng)新索引),關(guān)鍵詞設(shè)定為“solar energy”“solar power”“solar” 。其檢索結(jié)果通過專利分類檢索進(jìn)行修正。在研究路徑方面,本研究從專利管理圖和專利技術(shù)圖2個層面對太陽能產(chǎn)業(yè)專利進(jìn)行分析,試圖通過盡可能詳細(xì)的專利地圖,使得太陽能產(chǎn)業(yè)能較全面地認(rèn)識到自身專利發(fā)展現(xiàn)狀及各地區(qū)之間的差異,幫助其了解專利地圖的作用和性質(zhì),正確引導(dǎo)其今后研發(fā)活動的開展。

2 專利地圖的太陽能產(chǎn)業(yè)專利技術(shù)分析

2.1 IPC分布

國際專利分類表的內(nèi)容設(shè)置包括了與發(fā)明創(chuàng)造有關(guān)的全部知識領(lǐng)域。分類表共分為8個分冊,每個分冊稱為一個部,用英文大寫字母A～H表示。IPC分類體系是由高至低依次排列的等級式結(jié)構(gòu),設(shè)置的順序是:部、分部、大類、小類、主組、小組[4]。專利申請數(shù)量按國際專利分類表(IPC)的分布對比如圖1所示(全文檢索期間1990-2007年)。

中國國內(nèi)的專利檢索入口為中國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫(Derwent數(shù)據(jù)庫與中國專利數(shù)據(jù)庫并非完全同步,所以兩者在搜索結(jié)果上有一定誤差),其專利申請數(shù)量根據(jù) IPC分類的分布如圖2所示。

圖1 全球太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請按IPC分類對比

圖2 中國太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請按IPC分類對比

根據(jù)圖1、圖2的比較可以看出,國際范圍內(nèi)的專利申請以H部最多,這些專利包括了將光能轉(zhuǎn)化為電能的方法或裝置、供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)、太陽能電池技術(shù)等,也就是人們熟知的太陽能光伏利用技術(shù)。目前,從發(fā)達(dá)國家的發(fā)展現(xiàn)狀來看,或是為了尋找清潔、高效的能源,或是為了能源安全考慮,都在積極地開發(fā)太陽能的光伏利用技術(shù)。而中國專利申請與國際專利申請的分布有較大差別。在中國的太陽能專利申請中,F部類的申請比例超過半數(shù)(72%),主要集中在太陽能的熱利用領(lǐng)域,中國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國家,目前有生產(chǎn)能力的太陽能企業(yè)大約有3 000多家,這些企業(yè)大部分以生產(chǎn)太陽能熱水器為主,所以申請的專利也主要集中在太陽能的熱利用領(lǐng)域,如提高集熱器效率的技術(shù),或者是對太陽能熱水器設(shè)備的改進(jìn)專利。中國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚,相應(yīng)的企業(yè)較少,科研力量也很薄弱,這些原因?qū)е绿柲艿墓夥眠€未得到足夠的重視[5]。

從申請專利的數(shù)量來看,國外的數(shù)量明顯高于國內(nèi),尤其是最具發(fā)展?jié)摿Φ墓夥娂夹g(shù),國外數(shù)量已達(dá)到22 869件,而中國只有891件。國外對太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入相對成熟的發(fā)展階段。很多大能源和電力公司紛紛進(jìn)入太陽能領(lǐng)域,如荷蘭皇家石油公司(Shell)、西門子公司(Siemens Solar)、英國石油公司(BP)、夏普(SHARP)、三洋(SANYO)、美國SEC、法國Photowatt等,都在積極地開拓中國市場。這對我國剛剛起步的光伏行業(yè)是非常不利的,因為無論技術(shù)實(shí)力還是經(jīng)濟(jì)實(shí)力,中國的企業(yè)都無法與國外的競爭者抗衡,如果不重視知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)任由國外產(chǎn)品控制中國的太陽能光伏市場,則會對中國的太陽能產(chǎn)業(yè)造成巨大沖擊。

圖3所示為全球太陽能產(chǎn)業(yè)專利具體技術(shù)的百分比分布。排名前10位的專利技術(shù)比例幾乎占到全部技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠?/2,其中包含了太陽能產(chǎn)業(yè)中的核心技術(shù)領(lǐng)域和有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域,其中與光伏轉(zhuǎn)換器件、太陽能電池相關(guān)的專利最多,其次是太陽能的熱利用技術(shù)和太陽能建筑等[6]。

圖3 太陽能產(chǎn)業(yè)專利主要技術(shù)領(lǐng)域分布對比

2.2 國家分布

圖4所示為全球太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請的地域分布。

圖4 太陽能產(chǎn)業(yè)專利技術(shù)申請地域分布

由圖4可以得出,太陽能產(chǎn)業(yè)的專利主要被幾個發(fā)達(dá)國家(日本、美國、德國)掌握,尤其是日本的專利申請量遙遙領(lǐng)先于世界各國,專利權(quán)人也主要是日本企業(yè)。日本、美國和德國是目前世界上太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的3個國家,由于有國家政策的支持,很多企業(yè)致力于發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè),太陽能光電技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)逐步邁向大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用階段,近些年來,這些國家的政府都非常重視“屋頂陽光發(fā)電系統(tǒng)”的開發(fā),從而帶動了太陽能光電產(chǎn)品的市場銷售和整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。除了在本國申請專利,日美德3國還有很多專利同時向世界知識產(chǎn)權(quán)組織或者歐洲專利局申請。

澳大利亞、中國、韓國、法國等國家處于專利申請地域的第2梯隊,這些國家在太陽能技術(shù)的某些領(lǐng)域具有優(yōu)勢,比如中國的太陽能熱利用技術(shù)、韓國的太陽能電池技術(shù)和法國的光伏發(fā)電技術(shù)等。這些國家除了一定的技術(shù)優(yōu)勢外,其廣泛的市場潛力也吸引了其它國家進(jìn)行專利申請,也可以看作是各個企業(yè)為了爭奪未來的市場而進(jìn)行的專利布網(wǎng)戰(zhàn)略。

圖5所示為我國太陽能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)＠暾埲说膰曳植??？梢钥闯?國外企業(yè)在中國提出的專利申請數(shù)量比較少,只有幾百件。從排名順序來看,國外申請人在中國申請的國家分布與全球申請的地域分布情況一致,說明幾個發(fā)達(dá)國家十分重視其在該領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢,核心專利幾乎是在所有重要國家都申請了保護(hù)。

圖5 在中國申請的太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請的國家分布

2.3 企業(yè)分布

企業(yè)是最活躍的競爭主體,利用專利可以實(shí)現(xiàn)對市場合法的壟斷,從而可以影響整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國際上經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)大的企業(yè)絕大多數(shù)都是通過專利資源的優(yōu)勢占領(lǐng)市場的。通過對Derwent專利數(shù)據(jù)庫的檢索,目前全球太陽能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域申請專利前10名企業(yè)如圖6所示。

圖6中10個企業(yè)全部來自日本。申請專利最多的是日本佳能株式會社,其專利申請數(shù)量達(dá)到了1 503件,但這也僅僅是佳能公司在其全部100 000件專利申請中的很小一部分。夏普公司專利申請優(yōu)勢也很明顯,其在太陽能光伏電池市場占有重要地位。京都陶瓷、三洋電子、松下3個企業(yè)的專利申請也都超過了500件。中國企業(yè)向國外申請專利的數(shù)量則非常少,與我國太陽能利用大國的稱號極不相稱。由于各個國家企業(yè)對專利戰(zhàn)略的應(yīng)用方式或者發(fā)展策略不同,其它發(fā)達(dá)國家的企業(yè)雖然沒有像日本企業(yè)具有專利數(shù)量的絕對優(yōu)勢,但卻不容忽視,如美國的SunPower、德國的Siemens Solar等企業(yè)在太陽能光伏市場都非常有競爭力。

圖6 全球企業(yè)在太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請排名

我國是太陽能光熱利用大國,目前我國太陽能光熱應(yīng)用面積已占到全球的76%,是整個歐美地區(qū)的4倍之多。隨著市場規(guī)模的擴(kuò)大,中國涌現(xiàn)出很多依靠太陽能發(fā)展壯大的企業(yè),如皇明太陽能集團(tuán)和無錫尚德太陽能公司等。通過對中國專利數(shù)據(jù)庫的檢索,國內(nèi)外企業(yè)在太陽能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域申請專利的數(shù)量對比見表1所列(不包括外觀設(shè)計)。

表1 國內(nèi)外企業(yè)太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請排名

從表1中可以看出,中國太陽能企業(yè)在專利申請數(shù)量方面比國外企業(yè)還有一定優(yōu)勢,這與我國是太陽能產(chǎn)業(yè)利用大國有一定關(guān)系。我國太陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對成熟,如皇明太陽能集團(tuán)作為中國太陽能領(lǐng)先企業(yè),10年來累計推廣太陽能800×104m2,相當(dāng)于整個歐盟7～8 a、整個北美16～18 a的推廣總量,已成為世界上最大的太陽能光熱產(chǎn)品供應(yīng)商。

從整體來看,我國太陽能產(chǎn)業(yè)的專利申請量落后于其它熱門產(chǎn)業(yè),主要是由于企業(yè)自身實(shí)力的不足和太陽能市場起步較晚、規(guī)模的限制等,國外企業(yè)也并沒有把中國市場作為專利申請的重點(diǎn)地域,所以我國企業(yè)應(yīng)把握機(jī)遇,積極地通過專利申請來保證自己的競爭優(yōu)勢[7]。

2.4 專利申請趨勢

圖7所示為全球太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請數(shù)量的趨勢圖,可以看出,1995年以前,太陽能產(chǎn)業(yè)一直都處于一個低速且平穩(wěn)的發(fā)展時期,當(dāng)時已有技術(shù)已經(jīng)基本發(fā)展成熟,由于各國對太陽能產(chǎn)業(yè)沒有引起足夠的重視,所以各國還沒有對太陽能等可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行積極引導(dǎo)的法律與政策。1995年之后,特別是1997年京都議定書開始討論,世界各國普遍開始對環(huán)境和能源問題加強(qiáng)了重視,石油能源日益短缺,太陽能作為永續(xù)能源具有環(huán)保無污染的特性,成為各國政府大力扶植的產(chǎn)業(yè),所以1995—2001年期間,全球太陽能產(chǎn)業(yè)的專利申請開始有了明顯的逐年穩(wěn)定增長。進(jìn)入21世紀(jì),各國加大了對太陽能產(chǎn)業(yè)的投入和政策支持,如美國、日本和歐盟國家都制定了更加詳細(xì)的太陽能屋頂發(fā)展計劃,光伏發(fā)電等技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段,在專利申請上也有體現(xiàn),2003年之后,全球太陽能專利每年申請數(shù)量突破了4 000件,并且有繼續(xù)上升的趨勢。這也反映出太陽能產(chǎn)業(yè)是一個尚未發(fā)展成熟的新興產(chǎn)業(yè),中國目前在該領(lǐng)域尚處于劣勢,但未來還有很大的發(fā)展?jié)摿?如果制定并實(shí)施好合適的專利戰(zhàn)略和相關(guān)政策,仍有機(jī)會在太陽能產(chǎn)業(yè)取得主動。

圖7 全球太陽能產(chǎn)業(yè)專利申請趨勢圖

圖8所示為中國太陽能產(chǎn)業(yè)IPC分類隨年份變化的趨勢圖,可以看出發(fā)展趨勢與世界整體變化相吻合,但中國的太陽能產(chǎn)業(yè)與其它發(fā)達(dá)國家相比發(fā)展明顯落后,到1999年才開始逐年明顯增長。

在分類方面,F分類的數(shù)量明顯高于其它分類,增長速度也最快。說明我國的技術(shù)主要集中在熱利用領(lǐng)域,再次說明了中國是太陽能熱利用大國。而在H部類即光伏技術(shù)集中的領(lǐng)域,近2 a來發(fā)展勢頭也較好,說明國內(nèi)企業(yè)已開始專注這方面的技術(shù),未來發(fā)展?jié)摿艽?。這些IPC分類發(fā)展趨勢同樣表明我國的太陽能產(chǎn)業(yè)是一個有潛力的朝陽產(chǎn)業(yè),專利數(shù)量增長較快則說明我國企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識逐漸增強(qiáng),當(dāng)然國外企業(yè)對中國專利申請增長的影響也很大,其對技術(shù)發(fā)展趨勢判斷的靈敏性要高于中國企業(yè)。

圖8 中國IPC分類趨勢

2.5 重要技術(shù)

通過對專利檢索的IPC分布分析得出,光伏發(fā)電技術(shù)是最有潛力的太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)有2種方式:①制造太陽電池,直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換;②建立太陽能電站,進(jìn)行光熱電轉(zhuǎn)換。太陽電池從原理上分為光化學(xué)電池和光生伏打電池2種類型,前者是在電解液里放入2個電極,讓陽光照射其中一個,在兩極之間產(chǎn)生電動勢;后者是在電子型硅晶片上用擴(kuò)散法滲進(jìn)一薄層硼,再加上電極制成,當(dāng)受到日光照射時,兩極間可產(chǎn)生電動勢[8]。

太陽能電池技術(shù)是國內(nèi)外眾多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。以“solar cell”為關(guān)鍵詞在Derwent數(shù)據(jù)庫檢索到15 773件專利。太陽能電池覆蓋的技術(shù)領(lǐng)域幾乎覆蓋了全球太陽能專利申請中前10位IPC分類號的1/2,在全部專利申請中的數(shù)量也超過1/3,可見各國對太陽能電池技術(shù)的重視程度。以“太陽能電池”為關(guān)鍵詞對中國專利數(shù)據(jù)庫檢索,檢索出發(fā)明專利 377件,實(shí)用新型110件,其數(shù)量比例在全部太陽能專利申請中不到1/10,可以看出中國與其它國家在太陽能電池技術(shù)上的差距。

從中國國內(nèi)專利檢索的結(jié)果來看,我國近年來專利部署逐漸開始活躍,雖然與國外數(shù)量仍有差距,但近幾年,我國太陽能發(fā)電技術(shù)專利申請量增長較快,年增長速度超過40%;總量超過10 000件,其中,僅光伏電池領(lǐng)域就公開專利文獻(xiàn)6 300多篇。相關(guān)文獻(xiàn)大部分由個人首先發(fā)表。

科研機(jī)構(gòu)方面,清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院的申請量較大。例如中科院公開了約26件相關(guān)專利,涉及太陽能塔式熱發(fā)電站用高溫吸熱器、流化床高溫吸熱器、“吸熱-儲熱”雙流化床系統(tǒng)、承壓式空氣吸熱器、充電儲能控制器、最大功率跟蹤器及控制方法、混合能源發(fā)電系統(tǒng)等。

我國太陽能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)分布主要集中在如圖9所示的領(lǐng)域。

圖9 中國太陽能技術(shù)分類雷達(dá)圖

從圖9中可以看出,太陽能熱水器、太陽能電池、太陽能燈技術(shù)的數(shù)量排在前3位,說明我國近年來重視了光伏技術(shù)這一新興領(lǐng)域的發(fā)展,但數(shù)量相對國外還是偏少,因此,我國太陽能技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3 結(jié) 論

本文通過專利檢索的形式將太陽能產(chǎn)業(yè)在國際、國內(nèi)的專利分布情況進(jìn)行了全面的對比分析,得出以下結(jié)論:

(1)中國專利申請主要集中在F部(太陽能的熱利用),國際專利申請主要集中在H部(光伏利用),未來太陽能發(fā)展方向主要是光伏利用技術(shù),而中國在這一方面的發(fā)展相對落后。

(2)太陽產(chǎn)業(yè)的專利主要集中在少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家(日本、美國、德國),澳大利亞、中國、韓國、法國等國家處于專利申請地域的第2梯隊,發(fā)達(dá)國家在中國申請的專利相對較少,但專利質(zhì)量很高。

(3)全球?qū)＠暾埱?0位企業(yè)全部來自日本,說明了日本企業(yè)在太陽能產(chǎn)業(yè)的巨大競爭優(yōu)勢,在中國的專利申請中,國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)相比,數(shù)量上沒有劣勢,但發(fā)明專利數(shù)量較少,專利創(chuàng)新水平與國際差距較大,中國的高校和科研機(jī)構(gòu)在太陽能技術(shù)領(lǐng)域也有較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力,但轉(zhuǎn)化率不高。

(4)1995年以前,由于各種原因,太陽能產(chǎn)業(yè)處于低速且平穩(wěn)的發(fā)展時期,21世紀(jì)之后,各國加大支持和投入,太陽能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時期,中國的發(fā)展趨勢與國際趨勢基本相同。

(5)太陽能電池技術(shù)是國內(nèi)外眾多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn),要解決太陽能電池的成本問題,首先要提高光電轉(zhuǎn)換效率,美國SunPower公司、日本三洋電機(jī)等企業(yè)具有技術(shù)優(yōu)勢,且都通過申請專利保護(hù)其研發(fā)成果。而中國的主要技術(shù)還集中在熱利用方面,因此,未來中國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向應(yīng)該明確。

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