光伏太阳能在栏杆中的应用专利技术综述

谢添

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心（450000）

光伏太阳能在栏杆中的应用专利技术综述

谢添

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心（450000）

通过对光伏太阳能在栏杆中应用基本概念的基础上，介绍了光伏太阳能在栏杆领域出现的专利进行梳理，并对该领域主要申请人概况及技术发展路线进行了总结。

光伏；太阳能；栏杆

1　基本概念

太阳能光伏发电是太阳能利用的主要方面。光伏太阳能与建筑相结合是应用太阳能发电的一种新概念。在建筑物的栏杆、外墙围栏上铺设光伏组件以提供电力，开辟了光伏应用的新领域。光伏与建筑栏杆一体化是指两方面的内容：一是光伏系统与建筑栏杆发电一体化；二是光伏器件与建筑栏杆材料相结合的结构形式。

图1　光伏系统与建筑栏杆一体化一例

2　技术发展路线

光伏太阳能在栏杆领域的应用通常表现在栏杆和电池两个方面，即提高太阳能的利用效率，增加建筑构件的立面美观度。光伏太阳能在栏杆上的应用功效主要有：安全防护、结构简单、安装方便、节能等。

2.1检索依据

1）检索数据库

使用的检索数据库为摘要数据库CNABS、VEN。

2）专利数据的起止时间

文中的专利数据为2014年4月之前公开的专利申请。因为专利申请一般是在提出申请后18个月公开，因此，2014年4月之前的部分申请没有进行统计。

2.2光伏太阳能栏杆专利申请情况

图2　专利申请量趋势图

图2为光伏太阳能栏杆发明专利和实用新型专利申请量变化趋势图。从图中可以看出，1999年之前，专利申请量非常少，为技术发展的萌芽期。1999～2005年为技术的成长期，这个阶段的专利申请量开始波动上升。2006年至今，为技术的全面发展期，专利申请量开始大幅上升。2010年申请量为45件，达到了近年来的峰值。

图3　专利主要申请国分布图

据统计，三个主要的专利申请国——中国、日本和韩国，专利申请量占到了全世界光伏太阳能栏杆专利申请量的80%。由此可见，亚洲国家比较重视发展新能源建设，其中我国的专利申请量最大，占到了全世界专利申请总量的40%，而我国的专利申请开始于21世纪之后，这与我国一直以“可持续发展”为基本国策以及“十一五规划”、“十二五规划”期间国家鼓励大力发展太阳能光伏产业有很大的关系。日本和韩国光伏太阳能栏杆专利申请量，分别占全世界的28%和11%。

2.3对光伏太阳能栏杆领域专利进行梳理

1）将太阳能光伏组件应用于栏杆最早出现于20世纪70年代，此时光伏太阳能在建筑栏杆领域的应用主要是将太阳能光伏组件安装在栏杆的立面上，如FLAVIGNY HENRI于1976年10月11日申请的专利，为“阳台踏脚板与太阳能集热器的结合”。技术手段及效果：将一体的太阳能接收器倾斜地设置在阳台或阶地的踏脚板外表面，主要是用于集热。

2）将光伏太阳能组件附加至原有的栏杆上，一方面安装线件比较多，增加额外的荷载；另一方面会影响立面的美观，所以光伏组件在建筑上应用的主要发展方向为光伏建筑一体化。

进入21世纪，光伏建筑一体化已经达到了全面发展时期。如YKK ARCHITECTURAL于2000年11月24日申请的专利为“太阳能发电模块的安装结构”。技术手段及效果：从太阳能发电模块上边突起有接线盒，接线盒与从框架的主要构件形成开口以及支撑结构连接。不需要辅助设施即能安装太阳发电装置，减少了安装组件。

再如，PFEIFFER GUENTER于2001年3月24日申请的专利为“利用太阳能发电的以栅栏的形式使用光伏组件”。技术手段及效果：将单面的或双面的太阳能电池线件安装在栅栏构件上。该结构安装简单、成本低，可以减少表面的安装组件，利用太阳能发电。

3）光伏太阳能组件不仅可以应用在建筑物的栏杆上，也可以用于野外设施，如山道的栏杆等。如JAE KJ于2010年5月28日申请的专利为“山道的照明设备”。技术手段及效果：在第一级台阶的顶端设置太阳能电池，电存在蓄电池中，第一台阶设有压力传感器，栏杆柱的上端设计有LED照明灯泡，给登山者提供安全。

4）因为每天的不同时段及每年的不同季节，太阳光的照射角度及照射强度不同，为了充分利用太阳光，出现了太阳光照角度可调的光伏组件。如SU SS于2011年12月28日申请的专利“用于建筑物室外阳台的太阳能收集装置”。技术手段及效果：根据季节调整安装在阳台栏杆上的太阳光收集板的角度，提高热量的收集效率，通过使用透明太阳电池组确保阳台的美学效果。

3　主要申请人概况及技术发展路线

SEKI为日本积水株式会社，ASAG为日本AGG硝子建材株式会社，KURS为德国可乐丽欧洲有限责任公司，CHAN-N为常州一品千秋门栏科技有限公司，KANF为日本钟渊化学工业株式会社，SHAF为日本夏普公司。

光伏太阳能栏杆领域的全球申请人较多，个人申请也比较多，可见现在全球都比较重视光伏产业的发展。图4为主要申请人专利申请量比较图，从图中可以看出，在全球申请量排前六的申请人中，日本申请人有三个，且日本积水株式会社的申请量为13项，远大于其他排名前六的国家，如并列第二名的申请人专利申请数量为5项和并列第三名的申请人专利申请量为4项。结合图2和图3可知，我国虽然是专利申请量大国，但是专利申请人的集中度不高，这一方面说明我国研究光伏太阳能栏杆的人数比较多，技术普及较广；另一方面申请人集中度不高，不利于技术的可持续发展。虽然我国申请人的申请数量进入全球前六的排名，但是申请量最多的申请人也只是排至并列第三，与排名第一的日本积水株式会社还有较大差距。由此可见，日本在光伏太阳能产业的发展处于世界领先水平。如果我国想要在光伏产业有较快发展，可以重点研究日本在光伏产业方面的技术。

图4　主要申请人专利申请量比较图

下面重点就日本积水株式会社的专利申请情况，分析其技术发展路线。图4中统计的日本积水株式会社的专利申请量为积水化学、积水树脂和积水建筑专利申请量的总和。

1）日本积水株式会社于2000年申请了三项专利。

①9月2日申请专利主要技术手段及效果：太阳电池板安装在阳台外部的栏杆上，太阳电池板的底部为檐沟。下雨的时候雨水从太阳电池板流入檐沟，不会直接落在地面上，不会使过路人产生不舒服的感觉。

②10月12日申请专利主要技术手段及效果：安装在栏杆上的太阳电池板相对于栏杆倾斜60°± 10°，可以增加太阳光的接收量，发电能力提高约15%，并且美观。

③12月7日申请专利主要技术手段及效果：太阳能电池板安装在透明防雪板的上表面，电力的使用更加高效，车辆运行更加安全，显著减少维修费用。

2）21世纪的前十年，日本积水株式会社申请了12项专利，主要集中在通过调节栏板的角度，提高太阳能的接收量和利用率。

3）2012年至今，日本积水株式会社申请了一项专利，其主要技术手段及效果：用于独立式住宅和房间的阳台，导管通过护壁的内部，使电缆和太阳能电池板安全连接，防止电缆破坏。

从日本积水株式会社专利申请的情况可以看出，其早期申请中，太阳能电池板作为阳台的一个结构部件，起辅助防水、防雪等作用，但是随着时间的推移、研究的深入，其研究的重点逐渐转为如何提高太阳能的利用率，如何保证使用的安全。

4　总结

太阳能技术与建筑的结合能补充建筑本身的能源消耗，从而有效地减少占总能耗30%的建筑能耗。光伏电池板或集热器安装在建筑屋顶或立面上，不需要额外开发建设占地，节省了土地资源，原地安装、原地供能，不需要另外架设输电线路和热水管道。太阳能光伏系统除保证自身建筑内用电外，还可以向电网供电，减少了高峰电力需求，杜绝了由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于大自然及人类的未来发展有着极为重要的意义。

由近年来光伏太阳能栏杆专利申请量保持较高水平可以看出，该项技术具有巨大的经济价值和社会意义，我国的企业可以在如何提高太阳能的使用率和转化率方面，以及如何保证电力传输的安全方面进行深入的研究。

［1］王春兰.替代阳台栏杆的太阳能热水系统在嘉普通诞生.

［2］倪建华.平板—真空管式太阳能集热器.

［3］梁盼，鞠睿，路晓明.太阳能光热光电转换与建筑栏杆一体化系统设计.

［4］江猛，30平米太阳房能量系统理论与实验研究.