從專利角度分析光伏發(fā)電中MPPT控制算法的發(fā)展

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。筆者從專利角度分析光伏發(fā)電中最大功率點跟蹤（MPPT）控制算法的發(fā)展，統(tǒng)計分析了MPPT控制算法的專利申請量、專利申請國，之后，著重從專利申請量、申請區(qū)域、申請人類型分析MPPT控制算法的中國專利發(fā)展趨勢。

關鍵詞：光伏；MPPT；專利申請

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，常規(guī)能源越來越供不應求，同時，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現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為當今世界的必然發(fā)展趨勢，光伏發(fā)電已成為很多國家發(fā)展新能源的重點，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，預計到2050年前后，太陽能發(fā)電總量將達到全球發(fā)電總量的50%以上。因此，了解最大功率點跟蹤（MPPT）控制方法專利中的一些關鍵技術的發(fā)展狀況和趨勢，對于我國研究開發(fā)自主知識產(chǎn)權的最大功率點跟蹤控制方法是非常必要的。

1、光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請量趨勢分析

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

（1）萌芽階段

2007年之前，關于光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤的專利申請數(shù)量較少，全球?qū)＠麛?shù)量保持在一個較低水平，原因在于，在20世紀，太陽能科技的發(fā)展重點在于太陽能動力裝置，以及太陽能電池等硬件技術的研究，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，市場需求不高，研究成效慢，難以與常規(guī)的能源競爭，這一時期屬于MPPT控制算法的技術起步期。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，太陽能利用進入了一個發(fā)展期，在此大環(huán)境下，部分學者，以及能源企業(yè)并關注到了太陽能最大功率點跟蹤技術的研究。

（2）快速增長階段

隨著美國和歐洲相繼宣布“百萬屋頂光伏計劃”，國外的光伏產(chǎn)業(yè)也達到了一個高潮。并且，2007年9月，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會頒布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，都促進了太陽能技術的發(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，同時也促進了中國在光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤技術方面的專利申請，也在一定程度上導致了全球?qū)＠暾垟?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MPPT控制算法的專利申請也處于快速增長階段。

（3）技術成熟階段

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

2、專利申請國分析

通過統(tǒng)計各國關于光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請量可知，中國申請人的專利申請量遠遠高于其他國家，達到了69%；其次便是美國、韓國、日本以及中國臺灣。

可以看出，中國在該領域占有絕對的優(yōu)勢，這與中國太陽能事業(yè)的發(fā)展息息相關。近年來，我國對光伏市場的投資持續(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)達國家，對新能源的研究也在一直持續(xù)著，并且，太陽能光伏發(fā)電技術應用也主要集中在美國、韓國、日本等發(fā)達國家。

3、中國專利申請分析

經(jīng)過第2部分對全球?qū)＠暾埖姆治隹芍?，中國關于光伏發(fā)電中MPPT控制算法專利申請量占比較高，因此，筆者認為非常有必要針對MPPT控制算法的中國專利申請進行詳細分析，下面從專利申請量趨勢、專利申請區(qū)域、專利申請人類型三方面分析中國的MPPT專利申請。

3.1中國專利申請量趨勢分析

基于對MPPT的中國專利申請量的統(tǒng)計，從2009年開始，中國相關專利申請量快速增長，直至2012年，申請量達到一個高峰；之后，從2012-2017年，有關申請量一直處于平穩(wěn)增長的趨勢，2017年申請量大幅下滑，是由于專利申請公開滯后性的原因，依據(jù)光伏產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的勢頭，該年應該也屬于平穩(wěn)增長階段。將MPPT控制算法的中國專利申請量的發(fā)展趨勢與全球?qū)＠暾埩康陌l(fā)展趨勢相比較，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步的狀態(tài)，這與中國對新能源發(fā)展的重視，以及相關企業(yè)、高校及科研機構的專利意識逐步增強有很大關系。

3.2中國專利申請區(qū)域分析

由光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤國內(nèi)區(qū)域?qū)＠暾埩康姆植伎芍?，MPPT控制技術已經(jīng)普及到中國很多城市，這充分體現(xiàn)了我國對可再生能源發(fā)展的重視；對比各個省市的專利申請量，江蘇省的MPPT專利申請量位列前茅，后續(xù)依次為上海、北京、廣東、浙江、深圳，可以看出，江蘇省的專利申請量占據(jù)總申請量的20%，是國內(nèi)最大功率點跟蹤技術研發(fā)的主要區(qū)域，筆者認為，這與各地區(qū)的經(jīng)濟以及科技發(fā)達程度有必不可少的聯(lián)系。

3.3申請人類型分析

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

4、總結(jié)

筆者從專利申請趨勢、申請區(qū)域、申請人類型等多個方面分析光伏發(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，基本都是對各個經(jīng)典算法的進一步改進，創(chuàng)新算法方面突破較難；且目前來看，學術上的研究占仍然很大一部分，很多都未投入市場，這與MPPT控制算法的研究需要投入大量研發(fā)經(jīng)費，且無法快速獲得收益有關?；诖?，在未來發(fā)展中，各個相關企業(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。上述分析結(jié)果可對相關企業(yè)、高校及科研機構的研發(fā)具有很好的借鑒意義。

參考文獻

[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：國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）