光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)中國(guó)專利申請(qǐng)分析

王 璐

（100088 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 北京）

光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)中國(guó)專利申請(qǐng)分析

王 璐

（100088 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 北京）

圖1 光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量變化趨勢(shì)圖

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加速和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，世界范圍內(nèi)的能源短缺和環(huán)境污染已成為制約人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的兩大重要因素。光伏發(fā)電因發(fā)電過程中無污染、無噪音、維護(hù)簡(jiǎn)單、無需生產(chǎn)原料等優(yōu)點(diǎn)而逐步顯示出其無比廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

但是，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的利用率除了與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)外，還受使用環(huán)境的影響。在不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)上，因此應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池的最優(yōu)工作狀態(tài)，以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能。利用控制方法實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出運(yùn)行的技術(shù)被稱為最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技術(shù)。

二、檢索范圍及數(shù)量

為了完成光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)分析，本文在數(shù)據(jù)庫的選擇上采用國(guó)內(nèi)專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面比較全面和權(quán)威的中國(guó)專利檢索系統(tǒng)文摘數(shù)據(jù)庫。截至2017年5月16日，通過檢索和篩選得到1491篇專利申請(qǐng)。其中，將涉及中國(guó)大陸以及港澳臺(tái)申請(qǐng)人提交的申請(qǐng)稱為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)，其他統(tǒng)稱為國(guó)外來華申請(qǐng)。

三、申請(qǐng)量年度分布

圖1示出了光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)的年度變化趨勢(shì)。該領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)始于1997年，在1997-2007年間發(fā)展較為緩慢。從2008年開始，專利申請(qǐng)量迅速增長(zhǎng)，并從2010年開始維持在一個(gè)較高的水平，2016年達(dá)到最大值，2017年的專利申請(qǐng)量為4件，可能由于部分申請(qǐng)還未公開所以申請(qǐng)量有所回落。2010年至2016年間的專利申請(qǐng)量共為1402件，占到申請(qǐng)總量的94%以上。

四、申請(qǐng)人國(guó)別地區(qū)分布

在檢索得到的1491件光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)中，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)共計(jì)1438件，占總申請(qǐng)量的96%；國(guó)外來華申請(qǐng)共53件，占總申請(qǐng)量的4%。

對(duì)于國(guó)外來華申請(qǐng)，美國(guó)以22件的申請(qǐng)量排名第一，其次為日本13件，荷蘭6件，韓國(guó)4件，英國(guó)3件，意大利、瑞士、芬蘭、盧森堡、加拿大各1件。雖然國(guó)外申請(qǐng)人的申請(qǐng)量較少，但觀其申請(qǐng)人，如通用電氣公司、三洋電機(jī)株式會(huì)社、ABB公司等，都是電力行業(yè)中的巨頭，其在該領(lǐng)域的技術(shù)能力不容小覷，且從其申請(qǐng)保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容來看，這些專利申請(qǐng)都偏向于“基礎(chǔ)專利”，從而給國(guó)內(nèi)企業(yè)造成了一定的技術(shù)屏障。

五、主要申請(qǐng)人分析

在1491篇光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人主要為院校以及科研單位。其中，國(guó)家電網(wǎng)公司的申請(qǐng)量明顯高于其他申請(qǐng)人。此外，國(guó)內(nèi)一些高校和公司等，均對(duì)該領(lǐng)域展開了研究。

圖2 光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)人排名

六、申請(qǐng)技術(shù)子領(lǐng)域分布

并網(wǎng)光伏逆變器按實(shí)現(xiàn)MPPT的不同拓?fù)浜蛯?shí)現(xiàn)位置主要分為兩類：兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器和單級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器。常用的兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)主要由前級(jí)DC/DC變換器（常用Boost變換器）和后級(jí)的網(wǎng)側(cè)逆變器組成。一般情況下，由于光伏電池的輸出電壓通常都低于電網(wǎng)電壓的峰值，因此要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，應(yīng)先將光伏電池輸出的直流電通過前級(jí)Boost變換器升壓后再輸出給后級(jí)的網(wǎng)側(cè)逆變器，通過控制將網(wǎng)側(cè)逆變器輸出的交流電并入工頻電網(wǎng)。單級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)則只存在一個(gè)DC/AC環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)能量變換，通過光伏電池輸出的直流電直接逆變輸出的交流電并入工頻電網(wǎng)。

在1438件光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)中，涉及兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器的有926件，占據(jù)總申請(qǐng)量的64%。在53件國(guó)外來華光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)中，有34件涉及兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器，占據(jù)總申請(qǐng)量的64%?？梢钥闯?，不論是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人還是國(guó)外來華申請(qǐng)人，其在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)都是以兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器為主，這一方面是因?yàn)樾枰谧銐蚋叩墓夥姵仉妷簵l件下，方可以采用單級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)；另一方面由于兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器中存在兩個(gè)功率變換單元，因此光伏電池的MPPT控制既可以由前級(jí)的Boost變換器完成，也可以由后級(jí)的網(wǎng)側(cè)逆變器完成，各級(jí)變換器具有相對(duì)獨(dú)立的控制目標(biāo)和結(jié)構(gòu)，而且各控制器的是實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單、獨(dú)立，且對(duì)輻照度、溫度等環(huán)境變化的適應(yīng)范圍廣，而單級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)中各種控制目標(biāo)均有DC/AC環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，控制相對(duì)復(fù)雜。然而，由于兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且系統(tǒng)的成本、損耗也相對(duì)較高，因此，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高等特點(diǎn)的單級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)得到了一定的關(guān)注。

七、結(jié)論

光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)近年來快速增長(zhǎng)，持續(xù)活躍。近幾年，中國(guó)光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量大幅增加，占據(jù)絕對(duì)比重，這種活躍程度必將持續(xù)。

國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量上雖占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但是離技術(shù)強(qiáng)國(guó)還存在較大差距。雖然專利總量較高，但是有效專利以及核心專利的缺失仍然是阻礙我國(guó)光伏發(fā)電MPPT技術(shù)發(fā)展的一大屏障。因此，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)研究力度，擴(kuò)展專利布局，重點(diǎn)關(guān)注國(guó)外其他的光伏發(fā)電公司的研發(fā)動(dòng)向和技術(shù)更新。

光伏發(fā)電MPPT技術(shù)領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人主要為院校以及科研單位，表明我國(guó)對(duì)光伏發(fā)電MPPT技術(shù)還多為學(xué)術(shù)研究性質(zhì)，其產(chǎn)業(yè)化程度還不夠高。國(guó)家電網(wǎng)公司的申請(qǐng)量明顯高于其他申請(qǐng)人，說明其在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量緊密的研發(fā)，并將其轉(zhuǎn)化為專利進(jìn)行保護(hù)。

國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)人的主要專利集中于兩級(jí)式并網(wǎng)光伏逆變器的MPPT控制方面，除了這些較為活躍的研發(fā)方向外，還可進(jìn)一步研究與光伏發(fā)電MPPT技術(shù)相關(guān)的其他技術(shù)分支，未雨綢繆。

王璐，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部審查員，2006年8月進(jìn)入國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局工作，現(xiàn)為主任科員。