SOLARENERGIE. Solar-Tracker. Erweiterter Patentbericht. Juni 2022
Zusammenfassung
Aufgrund ihrer rasanten Entwicklungsgeschwindigkeit sticht die Solarenergie aus der Vielfalt der erneuerbaren Energiearten hervor. Dies betrifft zunächst die Photovoltaik-Technologien, deren industrielle Umsetzungsmengen die der konzentrierenden Solarenergie deutlich übertreffen. Die in den letzten Jahrzehnten durchgeführte wissenschaftliche Forschung und technische Entwicklung ermöglichte effiziente Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in Strom- und Wärmeenergie, was sie wiederum wirtschaftlich rentabel machte. Dennoch wirft die Weiterentwicklung der Solarenergietechnologien, die einen deutlichen Übergang vom extensiven zum intensiven Niveau gewährleisten können, viele Fragen auf.
Eine der Möglichkeiten, die Effizienz von Solartechnologien erheblich zu steigern, ist der Einsatz von Trackern, Geräten, die den Sonnenstand verfolgen und Photovoltaikmodule oder Spiegelreflektoren entsprechend ausrichten. Es gibt eine mehrstufige Klassifizierung von Trackern anhand ihrer funktionalen Fähigkeiten. Zunächst lassen sich passive und aktive Tracker unterscheiden. Im letzteren Fall werden für die mechanische Bewegung der Solarelemente spezielle Antriebsmechanismen wie Elektromotoren oder hydraulische Vorrichtungen eingesetzt. Ein weiteres wichtiges Klassifizierungsmerkmal von Trackern ist die Anzahl der Achsen, um die herum die Verstellung durchgeführt werden kann. Hier sind die Hauptoptionen Single Axis Tracking und Dual Axis Tracking. In ausführlichen Quellen werden zusätzlich spezifischere Tracker-Funktionen erwähnt, beispielsweise horizontale Single-Axis-Tracker oder Azimuth-Altitude Dual-Axis-Tracker.
Der Einsatz von Solartrackern ist eine unabdingbare Voraussetzung für konzentrierende Solarenergietechnologien. In diesem Fall ist es die präzise Ausrichtung parabolischer oder flacher Heliostaten und konzentrierter Energiereceiver zur Sonne, die grundsätzlich die Leistungsfähigkeit derartiger Solarkraftwerke sicherstellt. In den letzten Jahren wird der Einsatz von Solartrackern auch in Photovoltaikanwendungen ausgeweitet. Laut einer Reihe wirtschaftlicher und technologischer Studien ermöglicht der Einsatz von Single Axis Trackern eine Steigerung der Effizienz der Solarenergieumwandlung um bis zu 25 % und sogar 35 %, bei Dual Axis Tracking um bis zu 40 %. Darüber hinaus wird für den Solar-Tracker-Markt in naher Zukunft ein jährliches durchschnittliches Wachstum von 13–16 % prognostiziert. Eine spezielle Art von Solartrackern, schwimmende Solarsysteme, wird insbesondere in China mit deutlich höherem Tempo entwickelt. Derzeit gibt es mehrere große Hersteller von Solartrackern auf dem Markt, die über langjährige positive Betriebserfahrung verfügen und deren Lieferquoten verschiedener Trackinggeräte Hunderte oder sogar Tausende betragen. Unter ihnen sind hervorzuheben: AllEarth Renewables, Array Technologies, Inc., First Solar, Inc. und DEGERenergie GmbH.
Allerdings ist der Einsatz von Solartrackern in Photovoltaikanwendungen umstritten. Abschreckend sind vor allem die hohen Kosten und der zusätzliche Wartungsaufwand. Solarnachführsysteme und insbesondere Betätigungsmechanismen sind komplexe und anfällige Strukturen, die eine regelmäßige Wartung durch geschultes Personal erfordern. Oftmals kann der Einsatz von Trackern die Kosten eines Solarkraftwerks verdoppeln und so die zusätzlichen Vorteile einer höheren Effizienz der Solarenergieerzeugung zunichte machen. Daher ist der Einsatz von Trackern in der Solarenergiebranche derzeit begrenzt, mit Ausnahme, wie oben erwähnt, konzentrierender Solarenergieanlagen.
Die Überwindung dieser Hürde beruht in den meisten Fällen auf einer Anhebung des organisatorischen Niveaus des Solarkraftwerksmanagements und einer technischen Verbesserung des Solartracker-Designs. Ein erheblicher Teil effektiver technischer Lösungen zur Entwicklung dieser Technologien ist in Patentdokumenten konzentriert, die bei verschiedenen Patentämtern registriert sind. Das Unternehmen EnerTechUp führte eine systematische Suche nach Patentdokumenten zu diesem Thema durch, erstellte eine einzigartige Patentdatenbank und führte eine gründliche statistische Analyse der Ergebnisse der Patentierungsaktivitäten durch. Die Datenbank umfasst etwa 8.000 Patentdokumente, die zwischen 1994 und 2021 in allgemein zugänglichen Quellen auf der ganzen Welt veröffentlicht wurden. Die statistische Analyse von Patentdokumenten wurde für einen Zeitraum von zwanzig Jahren zwischen 2002 und 2021 durchgeführt. Die Ergebnisse der statistischen Analyse werden verallgemeinert und bereitgestellt in der Patentprüfung.
Die Patentdatenbank und die statistische Überprüfung werden in einem erweiterten Patentbericht zusammengefasst und gemeinsam bereitgestellt. Darüber hinaus stehen eine Demoversion der Datenbank und ein kurzes statistisches Bulletin mit den wichtigsten statistischen Ergebnissen der Patentprüfung zum kostenlosen Download unter zur Verfügung www.aenert.com.
Methodik
Die Patentdatenbank „Solar Trackers“ enthält einen strukturierten Datensatz im Excel-Format für Patentdokumente mit Bezug zum interessierenden Thema für einen Zeitraum von 1994 bis 2021. Die Platzierung einer Patentdokumentdatenbank in einer Datei mit der Erweiterung xlsx ermöglicht dies Bilden Sie mit Hilfe der integrierten Tools von Microsoft Office Excel individuelle Auswahlen von Dokumenten oder sortieren Sie diese nach ausgewählten Parametern. Das beigefügte Handbuch beschreibt die wichtigsten Möglichkeiten zur Verwaltung von Patentdokumenten in der Datenbank und entspricht im Funktionsumfang der englischsprachigen Version von Microsoft Office Excel 2016. Für in die Datenbank eingebundene Patentdokumente kann eine Volltextbeschreibung oder zumindest eine Zusammenfassung enthalten sein wird anhand der Dokumentennummer in öffentlich zugänglichen Patentsuchmaschinen, beispielsweise Google Patents, gefunden.
Der Aufbau der Datenbank erfolgte in zwei Phasen. Die erste Phase umfasste eine vorläufige Sammlung von Patentdokumenten aus allgemein zugänglichen Quellen unter Verwendung konventioneller Methoden unter Einbeziehung von Schlüsselwörtern, Patentklassifizierungsindizes sowie Anmelder- und Erfinderdaten. Um die Übereinstimmung der Erfindungen mit den gewählten Kriterien zu verbessern, wurden in der zweiten Phase die Texte aller Kerndokumente der in der ersten Phase vorläufig gesammelten Dokumente einer gründlichen fachlichen und semantischen Bewertung durch erfahrenes Ingenieurpersonal unterzogen. Darüber hinaus wurde jedes Dokument in der endgültigen Version der Datenbank mit zusätzlichen thematischen Indizes versehen, die eine detaillierte Systematisierung der Erfindungen ermöglichen.
Die Entscheidung für einen derart aufwändigen Weg zur Erstellung einer Patentdatenbank lag darin begründet, dass die fachbezogene Recherche und Systematisierung von Erfindungen mit erheblichen Schwierigkeiten technischer, sprachlicher und methodischer Natur verbunden ist. Ziemlich oft weisen Patentdokumente einen komplizierten Erzählstil oder eine unvollständige Übersetzung auf, was das Verständnis und die eindeutige Interpretation erschwert. Es gibt auch Unvollständigkeit und Unvollkommenheit der Patentklassifizierungsindizes. Darüber hinaus werden in einer Reihe von Erfindungen wichtige Schlüsselwörter entweder weggelassen oder in einer völlig anderen semantischen Bedeutung verwendet.
Jedes Patentdokument in dieser Datenbank enthält eine Liste herkömmlicher bibliografischer Indikatoren, einschließlich Originaltitel, englische Version des Titels, Familiengröße, Anmeldedatum, Veröffentlichungsdatum, Patentamt, Namen von Erfindern und Anmeldern, Dokumentart (Patent oder Anmeldung), Anzahl der Ansprüche, Anzahl der Zitierungen, IPC-Indizes und Kerndokumentnummer. Außerdem wurden Patentdokumente, wie oben erwähnt, zusätzlich mit speziellen Markern versehen – verallgemeinerten einheitlichen Indikatoren, die in einzelnen semantischen Gruppen zusammengefasst sind: Technologiekategorien (zeigen die Anwendbarkeit technischer Lösungen auf eine der Solarenergietechnologien an); Technologieelemente (Indikatoren, die den Detaillierungsgrad des Produktionsprozesses anzeigen); Probleme (technische, wirtschaftliche, ökologische und andere Probleme); Art der technischen Lösung (Gerät, Methode, Zusammensetzung).
Darüber hinaus enthält die Datenbank eine Reihe abgeleiteter Indikatoren, darunter den Bewerberstatus, den Wohnsitz der Bewerber und eine einheitliche Indikatorengruppe. Auf der Grundlage der verfügbaren Daten können Indikatoren wie die Patentanmeldefrist, wichtige Patente und der Anteil des Antragstellers am gesamten Register für geistiges Eigentum berechnet werden. Für die überwiegende Mehrheit der Patentdokumente wurden die Bewertungspunkte auch auf der Grundlage bibliografischer und einheitlicher Indikatoren berechnet.
Die allgemeine Methodik zur Zusammenstellung von Patentdatenbanken und zur statistischen Auswertung, die in diesem Produkt verwendet wird, finden Sie unter aenert.com.
Schlüssel-Höhepunkte
Die statistische Analyse für den 20-Jahres-Zeitraum zwischen 2002 und 2021 umfasst:
Erfindungen: 7756 (2453 Patente und 5303 Patentanmeldungen)
Büros: 48
Länder: 46
Bewerber: 3374
Einzelne IPC-Untergruppen: 975
Gesamtzahl der zugewiesenen IPC-Untergruppen: 17542
Insgesamt wurden für die vorliegende Prüfung 7756 Patentdokumente (2453 Patente und 5303 Patentanmeldungen) gefunden. Die aktivste Registrierung von Patentanmeldungen fand im Zeitraum 2010-2019 statt. Die beliebtesten Patentämter bei den Anmeldern waren CNIPA (China), USPTO (USA) und KIPO (KR). Am Patentierungsprozess beteiligten sich Vertreter aus 46 Ländern weltweit. Die meisten Patente wurden den Einwohnern Chinas, Südkoreas und der Vereinigten Staaten erteilt. Die Einwohner Chinas (41,8 %) und der Vereinigten Staaten (22,3 %) haben in den letzten fünf Jahren die meisten Patentanmeldungen eingereicht. Die meisten Patente wurden von CNIPA (China), USPTO (USA), KIPO (KR), KPO (JP) und EPA an Nichtansässige erteilt.
Der Anteil der Ausländer unter den Antragstellern stieg gegen Ende des Betrachtungszeitraums deutlich an. Die Zahl der Anträge im Verhältnis zur Gesamtzahl der Dokumente pro Jahr betrug im Zeitraum 2016-2019-2021 0,62-0,7-0,61. Gleichzeitig lag die Zahl der Startbewerbungen im Verhältnis zur Gesamtzahl der Bewerbungen pro Jahr auf einem hohen Niveau (0,7-0,59 im Zeitraum 2017-2020). Ende 2021 waren mehr als 46,5 % der Patente Mitglieder von Patentfamilien (drei und mehr Patentdokumente). 173 Patentfamilien hatten drei Patentdokumente und 102 Familien hatten vier Dokumente. 6 Patentfamilien umfassten mehr als 20 Patentdokumente. Die durchschnittliche Patentanmeldezeit betrug in den letzten Jahren 29–39 Monate.
Insgesamt wurden in der betrachteten Patentdatenbank 975 einzelne IPC-Untergruppen identifiziert, die 17542 Mal zugeordnet wurden, und 2861 Gruppen identischer einheitlicher Indikatoren. Unter den IPC-Untergruppen waren H02S20/32 (Tragkonstruktionen für PV-Module/speziell für Solarnachführung angepasst), F24J2/38 (Nutzung von Solarwärme, z. B. Solarwärmekollektoren/mit Nachführmitteln) und F24J2/54, speziell für Rotationssysteme angepasst, die beliebtesten Bewegung) und G05D3/12 (Positions- oder Richtungssteuerung/mit Rückmeldung). Bei Patenten und Patentanmeldungen hat die Beliebtheit der IPC-Untergruppen F24S30/425, F24S50/20, F24S20/30 erheblich zugenommen. In Patenten und Patentanmeldungen wurden die Technologiekategorien Konzentrierte Photovoltaik und Solarturm am häufigsten genannt. In den meisten Fällen gaben die Autoren einen niedrigen Wirkungsgrad aufgrund der Sonnenbewegung und hohe Kosten für die Geräteproduktion als Probleme an, die mit den in den Patenten und Patentanmeldungen offenbarten technischen Lösungen gelöst werden sollten. In den allermeisten Fällen standen die Erfindungen im Zusammenhang mit Geräten oder Methoden.
Die Liste der zehn produktivsten Anmelder nach Anzahl der Patente umfasst:
SunPower Corporation (USA)
NEXTracker Inc. (USA)
Abengoa Solar New Technologies, S.A. (ES)
BIGC Beijing Institute of Graphic Communication (CN)
Big Sun Energy Technology Incorporation (TW)
SolarCity Corporation (USA)
Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd (JP)
Soltec Energias Renovables, SL (ES)
Luo Chia Ching (TW)
Sumitomo Electric Industries, Ltd. (JP)
Der abschließende Teil der Analyse umfasst berechnete Daten, die es ermöglichen, die daraus resultierenden Patentierungstrends aufzuzeigen und wesentliche Schlussfolgerungen zu ziehen. Hier werden auch Diagramme wie das Verhältnis der Zahl der Anmeldungen zur Zahl der Patente pro Jahr, das Verhältnis der Zahl der Einzelanmeldungen zur Gesamtzahl pro Jahr und andere dargestellt.
Eine kostenlose Demoversion dieser Datenbank kann hier heruntergeladen werden:
Die Demoversion präsentiert die ersten hundert Patentdokumente. Hier werden einige Daten absichtlich durch die Symbole ### ausgeblendet.
Eine kurze Analyse statistischer Indikatoren finden Sie in einem Patentinformationsbulletin, das hier heruntergeladen werden kann (Lizenz CC BY-SA 4.0):
Wer braucht diesen erweiterten Patentbericht?
Dieser erweiterte Patentbericht (einschließlich Datenbank und Patentprüfung) dient als eine der Varianten zur Überwachung fortgeschrittener technischer Errungenschaften im angegebenen Industriesektor. Die in der Datenbank bereitgestellten statistischen Daten, Ratingauswertungen und sorgfältig ausgewählten Patentdokumente können für Erfinder, Ingenieure, Forscher, Studenten und Pädagogen sowie für Geschäftsleute und Investoren von Interesse sein, die sich auf die eine oder andere Weise mit den Problemen von beschäftigen die Entwicklung von Technologien zur Erzeugung von Solarenergie.
Haftungsausschluss
Die vorliegende Patentdatenbank und Patentübersicht wurden von der Firma EnerTechUp und ihren Partnern erstellt. Der erweiterte Patentbericht umfasst Patentdokumente, die sorgfältig aus öffentlich zugänglichen Quellen zusammengestellt wurden und laut den Autoren zum größten Teil die neuesten Innovationen in der jeweiligen Energiebranche zum Zeitpunkt der Erstellung des erweiterten Patentberichts darstellen. Detaillierte Informationen zur Methodik der Suche und Bearbeitung von Patentdokumenten finden Sie bei Advanced Energy Technologies (www.aenert.com). Angesichts der Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Zusammenstellung von Listen internationaler Patentdokumente, einschließlich derjenigen im Zusammenhang mit Zeitrahmen, nationalen und terminologischen Barrieren, sowie unter Berücksichtigung der hohen Arbeitsintensität bei der Sammlung der erforderlichen analytischen Informationen und der Durchführung ihrer qualitativen Interpretation, haben die Autoren von Die Patentdatenbank und Patentrecherche kann keine absolute Vollständigkeit und Richtigkeit der dargestellten Materialien garantieren und lehnt jegliche Verantwortung für deren Verwendung ab. EnerTechUp stellt dieses Material „wie besehen“ dar und lehnt jegliche Ansprüche und Haftungen ab, die sich aus der Nutzung der darin veröffentlichten Daten ergeben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Entschädigung für finanzielle Schäden jeglicher Art, entgangenen Gewinn oder Entschädigung für moralische Verletzungen. Diese Bestimmungen gelten auch für Mitarbeiter, Aktionäre, Vertreter und Datenlieferanten von EnerTechUp.
