王 璐

（100088 國家知識產權局 北京）

光伏發(fā)電最大功率點跟蹤技術中國專利申請分析

王 璐

（100088 國家知識產權局 北京）

圖1 光伏發(fā)電MPPT技術領域中國專利申請量變化趨勢圖

一、引言

隨著經濟全球化進程的加速和工業(yè)經濟的迅猛發(fā)展，世界范圍內的能源短缺和環(huán)境污染已成為制約人類社會可持續(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、維護簡單、無需生產原料等優(yōu)點而逐步顯示出其無比廣闊的發(fā)展空間和應用前景。

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部特性有關外，還受使用環(huán)境的影響。在不同的外界條件下，光伏電池可運行在不同且唯一的最大功率點上，因此應當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化為電能。利用控制方法實現光伏電池的最大功率輸出運行的技術被稱為最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技術。

二、檢索范圍及數量

為了完成光伏發(fā)電MPPT技術領域的中國專利申請分析，本文在數據庫的選擇上采用國內專利數據統(tǒng)計方面比較全面和權威的中國專利檢索系統(tǒng)文摘數據庫。截至2017年5月16日，通過檢索和篩選得到1491篇專利申請。其中，將涉及中國大陸以及港澳臺申請人提交的申請稱為國內申請，其他統(tǒng)稱為國外來華申請。

三、申請量年度分布

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

四、申請人國別地區(qū)分布

在檢索得到的1491件光伏發(fā)電MPPT技術領域的中國專利申請中，國內申請共計1438件，占總申請量的96%；國外來華申請共53件，占總申請量的4%。

對于國外來華申請，美國以22件的申請量排名第一，其次為日本13件，荷蘭6件，韓國4件，英國3件，意大利、瑞士、芬蘭、盧森堡、加拿大各1件。雖然國外申請人的申請量較少，但觀其申請人，如通用電氣公司、三洋電機株式會社、ABB公司等，都是電力行業(yè)中的巨頭，其在該領域的技術能力不容小覷，且從其申請保護的技術內容來看，這些專利申請都偏向于“基礎專利”，從而給國內企業(yè)造成了一定的技術屏障。

五、主要申請人分析

在1491篇光伏發(fā)電MPPT技術領域的中國專利申請中，申請人主要為院校以及科研單位。其中，國家電網公司的申請量明顯高于其他申請人。此外，國內一些高校和公司等，均對該領域展開了研究。

圖2 光伏發(fā)電MPPT技術領域申請人排名

六、申請技術子領域分布

并網光伏逆變器按實現MPPT的不同拓撲和實現位置主要分為兩類：兩級式并網光伏逆變器和單級式并網光伏逆變器。常用的兩級式并網光伏逆變器系統(tǒng)主要由前級DC/DC變換器（常用Boost變換器）和后級的網側逆變器組成。一般情況下，由于光伏電池的輸出電壓通常都低于電網電壓的峰值，因此要實現并網發(fā)電，應先將光伏電池輸出的直流電通過前級Boost變換器升壓后再輸出給后級的網側逆變器，通過控制將網側逆變器輸出的交流電并入工頻電網。單級式并網光伏逆變器系統(tǒng)則只存在一個DC/AC環(huán)節(jié)以實現能量變換，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。

在1438件光伏發(fā)電MPPT技術領域的國內專利申請中，涉及兩級式并網光伏逆變器的有926件，占據總申請量的64%。在53件國外來華光伏發(fā)電MPPT技術領域的專利申請中，有34件涉及兩級式并網光伏逆變器，占據總申請量的64%。可以看出，不論是國內申請人還是國外來華申請人，其在該領域的專利申請都是以兩級式并網光伏逆變器為主，這一方面是因為需要在足夠高的光伏電池電壓條件下，方可以采用單級式并網光伏逆變器系統(tǒng)；另一方面由于兩級式并網光伏逆變器中存在兩個功率變換單元，因此光伏電池的MPPT控制既可以由前級的Boost變換器完成，也可以由后級的網側逆變器完成，各級變換器具有相對獨立的控制目標和結構，而且各控制器的是實現相對簡單、獨立，且對輻照度、溫度等環(huán)境變化的適應范圍廣，而單級式并網光伏逆變器系統(tǒng)中各種控制目標均有DC/AC環(huán)節(jié)來實現，控制相對復雜。然而，由于兩級式并網光伏逆變器的結構相對復雜，且系統(tǒng)的成本、損耗也相對較高，因此，具有結構簡單、成本低、效率高等特點的單級式并網光伏逆變器系統(tǒng)得到了一定的關注。

七、結論

光伏發(fā)電MPPT技術領域的中國專利申請近年來快速增長，持續(xù)活躍。近幾年，中國光伏發(fā)電MPPT技術領域的專利申請量大幅增加，占據絕對比重，這種活躍程度必將持續(xù)。

國內申請人在該領域的專利申請量上雖占據優(yōu)勢，但是離技術強國還存在較大差距。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光伏發(fā)電MPPT技術發(fā)展的一大屏障。因此，國內申請人應當加強研究力度，擴展專利布局，重點關注國外其他的光伏發(fā)電公司的研發(fā)動向和技術更新。

光伏發(fā)電MPPT技術領域中國專利申請的申請人主要為院校以及科研單位，表明我國對光伏發(fā)電MPPT技術還多為學術研究性質，其產業(yè)化程度還不夠高。國家電網公司的申請量明顯高于其他申請人，說明其在該領域進行了大量緊密的研發(fā)，并將其轉化為專利進行保護。

國內外申請人的主要專利集中于兩級式并網光伏逆變器的MPPT控制方面，除了這些較為活躍的研發(fā)方向外，還可進一步研究與光伏發(fā)電MPPT技術相關的其他技術分支，未雨綢繆。

王璐，國家知識產權局專利局電學發(fā)明審查部審查員，2006年8月進入國家知識產權局工作，現為主任科員。