طاقة شمسية. أجهزة تتبع الطاقة الشمسية. تقرير براءة الاختراع الموسع اينيرت. يونيو 2022
ملخص
ونظرا لمعدلات التطور السريع للطاقة الشمسية تبرز من بين مجموعة متنوعة من أنواع الطاقة المتجددة. أولا وقبل كل شيء، يتعلق هذا بالتقنيات الكهروضوئية، التي يفوق حجم تنفيذها الصناعي بشكل كبير حجم الطاقة الشمسية المركزة. لقد أتاحت الأبحاث العلمية والتطورات الهندسية التي أجريت خلال العقود الماضية تقنيات فعالة لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وحرارية، مما جعلها بدورها مجدية اقتصاديا. ومع ذلك، فإن التطوير الإضافي لتقنيات الطاقة الشمسية القادرة على ضمان الانتقال الواضح من المستوى المكثف إلى المستوى المكثف يثير الكثير من الأسئلة.
أحد الخيارات لزيادة كفاءة تقنيات الطاقة الشمسية بشكل كبير هو تنفيذ أجهزة التتبع، والأجهزة التي تتبع الموقع الشمسي وتوجيه الألواح الكهروضوئية أو عاكسات المرايا. هناك تصنيف متعدد المستويات لأجهزة التتبع بناءً على قدراتها الوظيفية. بادئ ذي بدء، من الممكن التمييز بين أجهزة التتبع السلبية والنشطة. وفي الحالة الأخيرة، يتم استخدام آليات تشغيل خاصة مثل المحركات الكهربائية أو الأجهزة الهيدروليكية للحركة الميكانيكية للعناصر الشمسية. ميزة التصنيف المهمة الأخرى لأجهزة التتبع هي عدد المحاور التي يمكن إجراء الضبط حولها. الخيارات الرئيسية هنا هي التتبع أحادي المحور والتتبع ثنائي المحور. تم ذكر المزيد من ميزات التتبع المحددة في المصادر التفصيلية، على سبيل المثال، أجهزة التتبع ذات المحور الأفقي الفردي أو أجهزة التتبع ذات المحور المزدوج لارتفاع السمت.
يعد استخدام أجهزة تتبع الطاقة الشمسية شرطًا لا غنى عنه لتركيز تقنيات الطاقة الشمسية. في هذه الحالة، فإن الضبط الدقيق للهليوستات المكافئة أو المسطحة ومستقبلات الطاقة المركزة تجاه الشمس هو الذي يضمن أداء محطات الطاقة الشمسية من هذا النوع من حيث المبدأ. في السنوات الأخيرة، تم توسيع نطاق استخدام أجهزة تتبع الطاقة الشمسية في التطبيقات الكهروضوئية أيضًا. وفقًا لعدد من الدراسات الاقتصادية والتكنولوجية، يسمح استخدام أجهزة التتبع أحادية المحور بزيادة كفاءة تحويل الطاقة الشمسية بنسبة تصل إلى 25% وحتى 35%، بينما بالنسبة للتتبع ثنائي المحور - ما يصل إلى 40%. بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يحقق سوق أجهزة تعقب الطاقة الشمسية نموًا سنويًا يتراوح بين 13-16% في المستقبل القريب. ويجري تطوير نوع محدد من أجهزة تتبع الطاقة الشمسية، وهي أنظمة الطاقة الشمسية العائمة، بمعدلات أعلى بكثير، خاصة في الصين. يوجد حاليًا العديد من الشركات المصنعة الكبيرة لأجهزة تتبع الطاقة الشمسية في السوق، والتي تتمتع بسنوات عديدة من الخبرة التشغيلية الإيجابية والتي تصل معدلات توريدها لأجهزة التتبع المختلفة إلى المئات أو حتى الآلاف. ومن بينها ينبغي تسليط الضوء على ما يلي: AllEarth Renewables، وArray Technologies, Inc.، وFirst Solar, Inc.، وDEGERenergie GmbH.
ومع ذلك، فإن استخدام أجهزة تتبع الطاقة الشمسية في التطبيقات الكهروضوئية أمر مثير للجدل. العوائق الرئيسية هنا هي تكاليفها المرتفعة ونفقات الصيانة الإضافية. تعتبر أنظمة التتبع الشمسي، وخاصة آليات التشغيل، هياكل معقدة وضعيفة وتتطلب صيانة منتظمة من قبل أفراد مدربين. في كثير من الأحيان، يمكن أن يؤدي تنفيذ أجهزة التتبع إلى مضاعفة تكلفة محطة الطاقة الشمسية، وبالتالي تحييد الفوائد الإضافية لزيادة كفاءة توليد الطاقة الشمسية. ولذلك، فإن استخدام أجهزة التتبع في صناعة الطاقة الشمسية حاليًا محدود، باستثناء، كما ذكرنا أعلاه، مرافق الطاقة الشمسية المركزة.
إن التغلب على هذا العائق في معظم الحالات يعود إلى رفع المستوى التنظيمي لإدارة محطات الطاقة الشمسية والتحسين الهندسي لتصميم أجهزة تعقب الطاقة الشمسية. ويتركز جزء كبير من الحلول التقنية الفعالة التي تهدف إلى تطوير هذه التكنولوجيات في وثائق براءات الاختراع المسجلة لدى مكاتب براءات الاختراع المختلفة. أجرت شركة EnerTechUp بحثًا منهجيًا في وثائق براءات الاختراع حول هذا الموضوع، وأعدت قاعدة بيانات فريدة لبراءات الاختراع، وأجرت تحليلًا إحصائيًا شاملاً لنتائج نشاط براءات الاختراع. تتضمن قاعدة البيانات حوالي 8 آلاف وثيقة براءة اختراع منشورة في مصادر متاحة بشكل عام في جميع أنحاء العالم خلال عامي 1994 و2021. وتم إجراء التحليل الإحصائي لوثائق البراءات لمدة عشرين عامًا بين عامي 2002 و2021. وتم تعميم نتائج التحليل الإحصائي وتقديمها في مراجعة براءات الاختراع.
يتم دمج قاعدة بيانات براءات الاختراع والمراجعة الإحصائية في تقرير براءة اختراع موسع ويتم تقديمهما معًا. وبالإضافة إلى ذلك، هناك نسخة تجريبية من قاعدة البيانات ونشرة إحصائية مختصرة توضح النتائج الإحصائية الرئيسية لمراجعة البراءات متاحة للتنزيل مجانًا على الموقع التالي: www.aenert.com.
علم الأخلاق
تحتوي قاعدة بيانات براءات الاختراع "Solar Trackers" على مجموعة منظمة من البيانات بتنسيق Excel لوثائق براءات الاختراع المتعلقة بموضوع الاهتمام والتي تغطي فترة زمنية من 1994 إلى 2021. إن وضع قاعدة بيانات مستندات براءات الاختراع في ملف بامتداد xlsx يجعل من الممكن قم بتكوين تحديدات فردية للمستندات أو فرزها حسب المعلمات المحددة بمساعدة الأدوات المضمنة في Microsoft Office Excel. يصف الدليل المرفق الخيارات الرئيسية لإدارة وثائق البراءات في قاعدة البيانات ويتوافق مع وظيفة إصدار اللغة الإنجليزية من Microsoft Office Excel 2016. ويمكن الحصول على وصف النص الكامل أو على الأقل ملخص لوثائق البراءات المدرجة في قاعدة البيانات. تم العثور عليها من خلال رقم المستند في محركات البحث عن براءات الاختراع المتاحة للجمهور، على سبيل المثال، Google Patents.
تم تشكيل قاعدة البيانات على مرحلتين. وتضمنت المرحلة الأولى مجموعة أولية من وثائق البراءات من مصادر يمكن الوصول إليها بشكل عام باستخدام الأساليب التقليدية التي تشمل الكلمات الرئيسية ومؤشرات تصنيف البراءات وبيانات مقدمي الطلبات والمخترعين. خلال المرحلة الثانية، لتحسين توافق الاختراعات مع المعايير المختارة، خضع نص جميع الوثائق الأساسية من تلك، التي تم جمعها بشكل أولي في المرحلة الأولى، لتقييم شامل من حيث الموضوع والدلالة من قبل موظفين هندسيين ذوي خبرة. بالإضافة إلى ذلك، تم تمييز كل وثيقة في النسخة النهائية من قاعدة البيانات بمؤشرات موضوعية إضافية تسمح بتنظيم متعمق للاختراعات.
إن اختيار مثل هذه الطريقة كثيفة العمالة لإنتاج قاعدة بيانات براءات الاختراع يرجع إلى حقيقة أن البحث الموجه نحو الموضوع وتنظيم الاختراعات يرتبطان بصعوبات كبيرة ذات طبيعة تقنية ولغوية ومنهجية. في كثير من الأحيان، تتسم وثائق براءات الاختراع بأسلوب سردي معقد أو ترجمة غير كاملة، مما يعيق الفهم والتفسير الذي لا لبس فيه. كما يوجد أيضًا عدم اكتمال ونقص في مؤشرات تصنيف براءات الاختراع. علاوة على ذلك، في عدد من الاختراعات، يتم حذف الكلمات الرئيسية المحددة أو استخدامها بمعنى دلالي مختلف تمامًا.
تحتوي كل وثيقة براءة اختراع في قاعدة البيانات هذه على قائمة بالمؤشرات الببليوغرافية التقليدية، بما في ذلك العنوان الأصلي، النسخة الإنجليزية من العنوان، حجم الأسرة، تاريخ الطلب، تاريخ النشر، مكتب براءات الاختراع، أسماء المخترعين ومقدمي الطلبات، نوع الوثيقة (براءة اختراع أو طلب)، عدد المطالبات، وعدد الاستشهادات، ومؤشرات التصنيف الدولي للبراءات، ورقم الوثيقة الأساسية. أيضًا، كما ذكر أعلاه، تم تزويد وثائق البراءات بالإضافة إلى ذلك بعلامات متخصصة - مؤشرات موحدة معممة يتم دمجها في مجموعات دلالية فردية: فئات التكنولوجيا (تشير إلى إمكانية تطبيق الحلول التقنية على إحدى تقنيات الطاقة الشمسية)؛ عناصر التكنولوجيا (مؤشرات توضح مستوى التفصيل لعملية الإنتاج)؛ المشاكل (المشاكل الفنية والاقتصادية والبيئية وغيرها) ؛ نوع الحل التقني (الجهاز، الطريقة، التركيب).
إلى جانب ذلك، تحتوي قاعدة البيانات على عدد من المؤشرات المشتقة، بما في ذلك حالات المتقدمين، وإقامة المتقدمين، ومجموعة المؤشرات الموحدة. يمكن حساب مؤشرات مثل فترة براءة الاختراع المعلقة، وبراءات الاختراع البارزة، وحصة مقدم الطلب في إجمالي سجل الملكية الفكرية بناءً على البيانات المتاحة. بالنسبة للأغلبية العظمى من وثائق البراءات، تم أيضًا حساب نقاط التصنيف على أساس المؤشرات الببليوغرافية والموحدة.
يمكن العثور على المنهجية العامة لتجميع قاعدة بيانات براءات الاختراع والتقييم الإحصائي المستخدم في هذا المنتج على الموقع
النقاط الرئيسية
يتضمن التحليل الإحصائي لفترة العشرين سنة من 2002 إلى 2021 ما يلي:
الاختراعات: 7756 (2453 براءة اختراع و5303 طلب براءة اختراع)
المكاتب: 48
الدول: 46
المتقدمون: 3374
المجموعات الفرعية IPC الفردية: 975
إجمالي مجموعات IPC الفرعية المعينة: 17542
في المجموع، تم العثور على 7756 وثيقة براءة اختراع (2453 براءة اختراع و5303 طلب براءة اختراع) في المراجعة الحالية. تم تسجيل طلبات براءات الاختراع الأكثر نشاطًا في الفترة 2010-2019. وكانت مكاتب براءات الاختراع الأكثر شعبية مع مقدمي الطلبات هي CNIPA (الصين)، وUSPTO (الولايات المتحدة)، وKIPO (KR). وشارك ممثلو 46 دولة حول العالم في عملية تسجيل براءات الاختراع. تم منح أكبر عدد من براءات الاختراع لسكان الصين وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة. أودع سكان الصين (41.8%) والولايات المتحدة (22.3%) أكبر عدد من طلبات براءات الاختراع في السنوات الخمس الماضية. تم إصدار أكبر عدد من براءات الاختراع لغير المقيمين من قبل CNIPA (الصين)، USPTO (الولايات المتحدة)، KIPO (KR)، KPO (JP)، وEPO.
وزادت نسبة غير المقيمين بين مقدمي الطلبات بشكل كبير قرب نهاية الفترة الزمنية قيد النظر. بلغ عدد الطلبات لإجمالي عدد الوثائق حسب السنة 0.62-0.7-0.61 في 2016-2019-2021. وفي الوقت نفسه، كان عدد طلبات البدء إلى إجمالي عدد الطلبات حسب السنة على مستوى مرتفع (0.7-0.59 في 2017-2020). اعتبارًا من نهاية عام 2021، كان أكثر من 46.5% من البراءات أعضاءً في عائلات البراءات (ثلاث وثائق براءات أو أكثر). كان لدى 173 عائلة براءات ثلاث وثائق براءات وكان لدى 102 عائلة أربع وثائق. تضم 6 عائلات براءات اختراع أكثر من 20 وثيقة براءة اختراع. متوسط الوقت المعلق للحصول على براءة اختراع يتراوح بين 29 إلى 39 شهرًا في السنوات الأخيرة.
في المجمل، تم تحديد 975 مجموعة فرعية فردية من التصنيف الدولي للبراءات تم تخصيصها 17542 مرة، وتم تحديد 2861 مجموعة من المؤشرات الموحدة المتطابقة في قاعدة بيانات البراءات قيد النظر. من بين المجموعات الفرعية IPC الأكثر شيوعًا كانت H02S20/32 (الهياكل الداعمة للوحدات الكهروضوئية/المُكيفة خصيصًا لتتبع الطاقة الشمسية)، F24J2/38 (استخدام الحرارة الشمسية، على سبيل المثال مجمعات الحرارة الشمسية/توظيف وسائل التتبع)، F24J2/54 المُكيفة خصيصًا للدوارات الحركة)، وG05D3/12 (التحكم في الموضع أو الاتجاه/استخدام ردود الفعل). من بين براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع، زادت شعبية المجموعات الفرعية للتصنيف الدولي للبراءات F24S30/425، F24S50/20، F24S20/30 بشكل كبير. في براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع، تم ذكر الفئات التكنولوجية في كثير من الأحيان الخلايا الكهروضوئية المركزة وبرج الطاقة الشمسية. وفي معظم الحالات، أشار المؤلفون إلى انخفاض الكفاءة بسبب حركة الطاقة الشمسية وارتفاع تكاليف إنتاج المعدات باعتبارها المشاكل التي تهدف الحلول التقنية التي تم الكشف عنها في براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع إلى حلها. وفي الغالبية العظمى من الحالات، كانت الاختراعات مرتبطة بأجهزة أو طرق.
تشمل قائمة أفضل 10 من المتقدمين الأكثر إنتاجية من حيث عدد براءات الاختراع ما يلي:
شركة صن باور (الولايات المتحدة)
شركة NEXTracker (الولايات المتحدة)
شركة أبينجوا سولار نيو تكنولوجيز، إس إيه (إسبانيا)
معهد BIGC بكين للاتصالات الرسومية (CN)
شركة بيج صن لتكنولوجيا الطاقة (TW)
شركة سولار سيتي (الولايات المتحدة)
شركة ميتسوي للهندسة وبناء السفن المحدودة (JP)
سولتيك انيرجياس رينوفابلز, SL (ES)
لو شيا تشينج (TW)
سوميتومو للصناعات الكهربائية المحدودة (JP)
يتضمن الجزء الختامي من التحليل بيانات محسوبة تسمح بكشف اتجاهات تسجيل البراءات الناتجة واستخلاص الاستنتاجات الرئيسية. وترد هنا أيضًا رسوم بيانية مثل العلاقة بين عدد الطلبات وعدد براءات الاختراع حسب السنة، والعلاقة بين عدد الطلبات الفردية والعدد الإجمالي حسب السنة، وغيرها.
يمكن تنزيل نسخة تجريبية مجانية من قاعدة البيانات هذه هنا:
تعرض النسخة التجريبية أول مائة وثيقة براءة اختراع. هنا، يتم إخفاء بعض البيانات عمدًا بواسطة الرموز ###.
ويرد تحليل موجز للمؤشرات الإحصائية في نشرة معلومات البراءات، والتي يمكن تنزيلها هنا (ترخيص CC BY-SA 4.0):
من يحتاج إلى تقرير براءات الاختراع الموسع هذا؟
يعد تقرير براءات الاختراع الموسع هذا (الذي يتضمن قاعدة بيانات ومراجعة براءات الاختراع) بمثابة أحد المتغيرات لرصد الإنجازات التقنية المتقدمة في القطاع الصناعي المحدد. يمكن أن تكون البيانات الإحصائية وتقييمات التصنيف ووثائق براءات الاختراع المختارة بعناية والمقدمة في قاعدة البيانات ذات فائدة للمخترعين والمهندسين والباحثين والطلاب والمعلمين، وكذلك لرجال الأعمال والمستثمرين، الذين يهتمون بطريقة أو بأخرى بمشاكل التكنولوجيا. تطوير تقنيات إنتاج الطاقة الشمسية.
تنصل
تم إعداد قاعدة بيانات براءات الاختراع الحالية ومراجعة براءات الاختراع من قبل شركة EnerTechUp وشركائها. يتضمن تقرير البراءات الموسع وثائق براءات الاختراع التي تم جمعها بعناية من المصادر المتاحة للجمهور، ووفقًا للمؤلفين، تمثل إلى أقصى حد أحدث الابتكارات في صناعة الطاقة المعينة اعتبارًا من تاريخ إعداد تقرير البراءات الموسع. تتوفر معلومات تفصيلية عن منهجية البحث ومعالجة وثائق براءات الاختراع على موقع Advanced Energy Technologies (www.aenert.com). بالنظر إلى الصعوبات المرتبطة بتجميع قوائم وثائق البراءات الدولية، بما في ذلك تلك المتعلقة بالأطر الزمنية والحواجز الوطنية والمصطلحية، وكذلك مع مراعاة كثافة اليد العاملة العالية لجمع المعلومات التحليلية المطلوبة وتنفيذ تفسيرها النوعي، فإن مؤلفي لا يمكن لقاعدة بيانات براءات الاختراع ومراجعة براءات الاختراع ضمان اكتمال ودقة المواد الممثلة وإخلاء المسؤولية عن استخدامها. تمثل EnerTechUp هذه المادة "كما هي" وترفض أي مطالبات والتزامات تنشأ عن استخدام البيانات المنشورة فيها، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر: التعويض عن أي نوع من الأضرار المالية أو خسارة الأرباح أو التعويض عن الضرر المعنوي. تشير هذه الشروط أيضًا إلى الموظفين والمساهمين والوكلاء وموردي البيانات في EnerTechUp.
