光伏发电最大功率点跟踪技术中国专利申请分析

王 璐

（100088 国家知识产权局 北京）

光伏发电最大功率点跟踪技术中国专利申请分析

王 璐

（100088 国家知识产权局 北京）

图1 光伏发电MPPT技术领域中国专利申请量变化趋势图

一、引言

随着经济全球化进程的加速和工业经济的迅猛发展，世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素。光伏发电因发电过程中无污染、无噪音、维护简单、无需生产原料等优点而逐步显示出其无比广阔的发展空间和应用前景。

但是，在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点上，因此应当寻求光伏电池的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。利用控制方法实现光伏电池的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术。

二、检索范围及数量

为了完成光伏发电MPPT技术领域的中国专利申请分析，本文在数据库的选择上采用国内专利数据统计方面比较全面和权威的中国专利检索系统文摘数据库。截至2017年5月16日，通过检索和筛选得到1491篇专利申请。其中，将涉及中国大陆以及港澳台申请人提交的申请称为国内申请，其他统称为国外来华申请。

三、申请量年度分布

图1示出了光伏发电MPPT技术领域的中国专利申请的年度变化趋势。该领域的中国专利申请始于1997年，在1997-2007年间发展较为缓慢。从2008年开始，专利申请量迅速增长，并从2010年开始维持在一个较高的水平，2016年达到最大值，2017年的专利申请量为4件，可能由于部分申请还未公开所以申请量有所回落。2010年至2016年间的专利申请量共为1402件，占到申请总量的94%以上。

四、申请人国别地区分布

在检索得到的1491件光伏发电MPPT技术领域的中国专利申请中，国内申请共计1438件，占总申请量的96%；国外来华申请共53件，占总申请量的4%。

对于国外来华申请，美国以22件的申请量排名第一，其次为日本13件，荷兰6件，韩国4件，英国3件，意大利、瑞士、芬兰、卢森堡、加拿大各1件。虽然国外申请人的申请量较少，但观其申请人，如通用电气公司、三洋电机株式会社、ABB公司等，都是电力行业中的巨头，其在该领域的技术能力不容小觑，且从其申请保护的技术内容来看，这些专利申请都偏向于“基础专利”，从而给国内企业造成了一定的技术屏障。

五、主要申请人分析

在1491篇光伏发电MPPT技术领域的中国专利申请中，申请人主要为院校以及科研单位。其中，国家电网公司的申请量明显高于其他申请人。此外，国内一些高校和公司等，均对该领域展开了研究。

图2 光伏发电MPPT技术领域申请人排名

六、申请技术子领域分布

并网光伏逆变器按实现MPPT的不同拓扑和实现位置主要分为两类：两级式并网光伏逆变器和单级式并网光伏逆变器。常用的两级式并网光伏逆变器系统主要由前级DC/DC变换器（常用Boost变换器）和后级的网侧逆变器组成。一般情况下，由于光伏电池的输出电压通常都低于电网电压的峰值，因此要实现并网发电，应先将光伏电池输出的直流电通过前级Boost变换器升压后再输出给后级的网侧逆变器，通过控制将网侧逆变器输出的交流电并入工频电网。单级式并网光伏逆变器系统则只存在一个DC/AC环节以实现能量变换，通过光伏电池输出的直流电直接逆变输出的交流电并入工频电网。

在1438件光伏发电MPPT技术领域的国内专利申请中，涉及两级式并网光伏逆变器的有926件，占据总申请量的64%。在53件国外来华光伏发电MPPT技术领域的专利申请中，有34件涉及两级式并网光伏逆变器，占据总申请量的64%。可以看出，不论是国内申请人还是国外来华申请人，其在该领域的专利申请都是以两级式并网光伏逆变器为主，这一方面是因为需要在足够高的光伏电池电压条件下，方可以采用单级式并网光伏逆变器系统；另一方面由于两级式并网光伏逆变器中存在两个功率变换单元，因此光伏电池的MPPT控制既可以由前级的Boost变换器完成，也可以由后级的网侧逆变器完成，各级变换器具有相对独立的控制目标和结构，而且各控制器的是实现相对简单、独立，且对辐照度、温度等环境变化的适应范围广，而单级式并网光伏逆变器系统中各种控制目标均有DC/AC环节来实现，控制相对复杂。然而，由于两级式并网光伏逆变器的结构相对复杂，且系统的成本、损耗也相对较高，因此，具有结构简单、成本低、效率高等特点的单级式并网光伏逆变器系统得到了一定的关注。

七、结论

光伏发电MPPT技术领域的中国专利申请近年来快速增长，持续活跃。近几年，中国光伏发电MPPT技术领域的专利申请量大幅增加，占据绝对比重，这种活跃程度必将持续。

国内申请人在该领域的专利申请量上虽占据优势，但是离技术强国还存在较大差距。虽然专利总量较高，但是有效专利以及核心专利的缺失仍然是阻碍我国光伏发电MPPT技术发展的一大屏障。因此，国内申请人应当加强研究力度，扩展专利布局，重点关注国外其他的光伏发电公司的研发动向和技术更新。

光伏发电MPPT技术领域中国专利申请的申请人主要为院校以及科研单位，表明我国对光伏发电MPPT技术还多为学术研究性质，其产业化程度还不够高。国家电网公司的申请量明显高于其他申请人，说明其在该领域进行了大量紧密的研发，并将其转化为专利进行保护。

国内外申请人的主要专利集中于两级式并网光伏逆变器的MPPT控制方面，除了这些较为活跃的研发方向外，还可进一步研究与光伏发电MPPT技术相关的其他技术分支，未雨绸缪。

王璐，国家知识产权局专利局电学发明审查部审查员，2006年8月进入国家知识产权局工作，现为主任科员。