从专利角度分析光伏发电中MPPT控制算法的发展

高辉辉

摘要：太阳能作为一种可再生自然能源，其开发利用逐渐成为新型能源研究的热点。笔者从专利角度分析光伏发电中最大功率点跟踪（MPPT）控制算法的发展，统计分析了MPPT控制算法的专利申请量、专利申请国，之后，着重从专利申请量、申请区域、申请人类型分析MPPT控制算法的中国专利发展趋势。

关键词：光伏；MPPT；专利申请

引言

随着经济的发展，常规能源越来越供不应求，同时，常规能源的大量使用也造成了全球范围内的环境污染和生态恶化。开发利用可再生能源以实现可持续发展成为当今世界的必然发展趋势，光伏发电已成为很多国家发展新能源的重点，其具有良好的发展前景。根据《可再生能源中长期发展规划》[1]，太阳能将成为可再生能源发展的重点，预计到2050年前后，太阳能发电总量将达到全球发电总量的50%以上。因此，了解最大功率点跟踪（MPPT）控制方法专利中的一些关键技术的发展状况和趋势，对于我国研究开发自主知识产权的最大功率点跟踪控制方法是非常必要的。

1、光伏发电中MPPT控制算法专利申请量趋势分析

为了研究光伏阵列最大功率点跟踪控制算法的发展情况，笔者统计分析了2003-2017年7月期间MPPT控制算法的专利申请数据，根据光伏发电中MPPT控制算法專利申请量的年度趋势，可将光伏发电中最大功率点跟踪算法的发展大致分为以下三个阶段。

（1）萌芽阶段

2007年之前，关于光伏系统最大功率点跟踪的专利申请数量较少，全球专利数量保持在一个较低水平，原因在于，在20世纪，太阳能科技的发展重点在于太阳能动力装置，以及太阳能电池等硬件技术的研究，也曾取得了重大的突破，然而由于光伏行业处于起步阶段，市场需求不高，研究成效慢，难以与常规的能源竞争，这一时期属于MPPT控制算法的技术起步期。然而，随着大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，各国并加大了太阳能发电的研究，并制定了一些新能源发展规划；此后，太阳能利用进入了一个发展期，在此大环境下，部分学者，以及能源企业并关注到了太阳能最大功率点跟踪技术的研究。

（2）快速增长阶段

随着美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，国外的光伏产业也达到了一个高潮。并且，2007年9月，中华人民共和国国家发展和改革委员会颁布的《可再生能源中长期发展规划》，都促进了太阳能技术的发展，另外我国政府的大力扶持光伏产业，加大光伏产业研发的投入，同时也促进了中国在光伏系统最大功率点跟踪技术方面的专利申请，也在一定程度上导致了全球专利申请数量的增多。因此，在这一阶段，全球光伏产业都在蓬勃发展，使得2007-2013年有关MPPT控制算法的专利申请也处于快速增长阶段。

（3）技术成熟阶段

2014年开始，专利申请出现小幅下滑，2014年之后有关MPPT控制算法的专利申请数量处于一个平稳期（2017年申请量大幅下滑，是由于专利申请公开滞后性的原因，依据光伏产业稳定发展的势头，该年应该也属于平稳发展阶段），这主要是由于光伏发电中MPPT控制算法的技术发展遭遇一定瓶颈，研究人员很难研发出速度快且准确度高的MPPT控制算法；因此，人们需要从新技术进行突破。

2、专利申请国分析

通过统计各国关于光伏发电中MPPT控制算法专利申请量可知，中国申请人的专利申请量远远高于其他国家，达到了69%；其次便是美国、韩国、日本以及中国台湾。

可以看出，中国在该领域占有绝对的优势，这与中国太阳能事业的发展息息相关。近年来，我国对光伏市场的投资持续升温，光伏企业迅速增加到了近千家左右，2004年太阳能电池的产量首次超过了印度，2006年太阳能电池生产总量超过美国成为全球第三大生产国，2007年太阳能电池生产能力超过日本和欧洲，占了全球的29%，跃居世界第一位，一举超过了日本在此领域的霸主地位，成为全球太阳能发展最快的国家；而美国、韩国、日本作为传统发达国家，对新能源的研究也在一直持续着，并且，太阳能光伏发电技术应用也主要集中在美国、韩国、日本等发达国家。

3、中国专利申请分析

经过第2部分对全球专利申请的分析可知，中国关于光伏发电中MPPT控制算法专利申请量占比较高，因此，笔者认为非常有必要针对MPPT控制算法的中国专利申请进行详细分析，下面从专利申请量趋势、专利申请区域、专利申请人类型三方面分析中国的MPPT专利申请。

3.1中国专利申请量趋势分析

基于对MPPT的中国专利申请量的统计，从2009年开始，中国相关专利申请量快速增长，直至2012年，申请量达到一个高峰；之后，从2012-2017年，有关申请量一直处于平稳增长的趋势，2017年申请量大幅下滑，是由于专利申请公开滞后性的原因，依据光伏产业稳定发展的势头，该年应该也属于平稳增长阶段。将MPPT控制算法的中国专利申请量的发展趋势与全球专利申请量的发展趋势相比较，可得出，在前期相同，都处于萌芽阶段以及快速增长期，而在后期，即2013年-2017年，我国的专利申请量并未有明显下滑，而仍然在平稳的增长，也就是说中国的MPPT控制算法的研究一直处于不断进步的状态，这与中国对新能源发展的重视，以及相关企业、高校及科研机构的专利意识逐步增强有很大关系。

3.2中国专利申请区域分析

由光伏系统最大功率点跟踪国内区域专利申请量的分布可知，MPPT控制技术已经普及到中国很多城市，这充分体现了我国对可再生能源发展的重视；对比各个省市的专利申请量，江苏省的MPPT专利申请量位列前茅，后续依次为上海、北京、广东、浙江、深圳，可以看出，江苏省的专利申请量占据总申请量的20%，是国内最大功率点跟踪技术研发的主要区域，笔者认为，这与各地区的经济以及科技发达程度有必不可少的联系。

3.3申请人类型分析

笔者继续统计MPPT算法专利申请的申请人类型，可知，高校和公司申请比重最大，分别占据总申请量的55%和37%，可见我国最大功率点跟踪算法的主要研究单位是大学院校，一方面体现了高校和公司专利意识较强，另一方面体现了最大功率点跟踪算法学术上的研究占了一大部分，还有一部分并未投入市场。而在公司和研究所的中申请量中，国家电网相关的机构申请量最大，也就是说目前最大功率点跟踪算法核心技术被相关的大企业所掌握。

4、总结

笔者从专利申请趋势、申请区域、申请人类型等多个方面分析光伏发电中MPPT控制算法的发展，虽然最大功率点跟踪的控制算法有过飞速发展的过程，但是最近几年一直处于稳步增长的状态，部分原因在于MPPT控制算法的研究已经处于瓶颈期，基本都是对各个经典算法的进一步改进，创新算法方面突破较难；且目前来看，学术上的研究占仍然很大一部分，很多都未投入市场，这与MPPT控制算法的研究需要投入大量研发经费，且无法快速获得收益有关。基于此，在未来发展中，各个相关企业可与高校密切合作，这样既能提升MPPT控制算法研发的速度，又可将研发成果尽快投入市场。上述分析结果可对相关企业、高校及科研机构的研发具有很好的借鉴意义。

参考文献

[1]可再生能源中长期发展规划，国家发改委，2007-09-04

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）