СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ. Солнечные трекеры. Расширенный патентный отчет. июнь 2022
Краткое содержание
Солнечная энергетика благодаря своим быстрым темпам развития выделяется среди множества видов возобновляемой энергии. В первую очередь это касается фотоэлектрических технологий, объемы промышленного внедрения которых существенно превышают объемы концентрации солнечной энергии. Научные исследования и технические разработки, проведенные в последние десятилетия, позволили создать эффективные технологии преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергию, что, в свою очередь, сделало ее экономически целесообразной. Тем не менее, дальнейшее развитие технологий солнечной энергетики, способных обеспечить выраженный переход от экстенсивного уровня к интенсивному, вызывает немало вопросов.
Одним из вариантов существенного повышения эффективности солнечных технологий является внедрение трекеров — устройств, которые следят за положением Солнца и соответствующим образом ориентируют фотоэлектрические панели или зеркальные отражатели. Существует многоуровневая классификация трекеров по их функциональным возможностям. Прежде всего, можно выделить пассивные и активные трекеры. В последнем случае для механического перемещения солнечных элементов используются специальные исполнительные механизмы, такие как электродвигатели или гидравлические устройства. Еще одним важным классификационным признаком трекеров является количество осей, по которым может производиться регулировка. Здесь основными опциями являются отслеживание по одной оси и отслеживание по двойной оси. В подробных источниках дополнительно упоминаются более конкретные функции трекеров, например, горизонтальные одноосные трекеры или двухосные азимутально-высотные трекеры.
Использование солнечных трекеров является обязательным условием концентрации технологий солнечной энергетики. При этом именно точная настройка параболических или плоских гелиостатов и приемников концентрированной энергии на Солнце в принципе обеспечивает работу солнечных электростанций такого типа. В последние годы использование солнечных трекеров расширяется и в фотоэлектрических приложениях. По данным ряда экономических и технологических исследований, использование одноосных трекеров позволяет повысить эффективность преобразования солнечной энергии до 25% и даже до 35%, а двухосных трекеров – до 40%. Кроме того, на рынке солнечных трекеров в ближайшее время прогнозируется среднегодовой рост на 13-16%. Особый вид солнечных трекеров — плавучие солнечные системы — разрабатывается значительно более быстрыми темпами, особенно в Китае. В настоящее время на рынке присутствует несколько крупных производителей солнечных трекеров, имеющих многолетний положительный опыт эксплуатации и чьи объемы поставок различных устройств слежения исчисляются сотнями и даже тысячами. Среди них следует выделить следующие: AllEarth Renewables, Array Technologies, Inc., First Solar, Inc. и DEGERenergie GmbH.
Однако использование солнечных трекеров в фотоэлектрических приложениях является спорным. Основными сдерживающими факторами здесь являются их высокая стоимость и дополнительные расходы на техническое обслуживание. Солнечные системы слежения и, в частности, исполнительные механизмы представляют собой сложные и уязвимые конструкции, требующие регулярного обслуживания обученным персоналом. Часто внедрение трекеров может удвоить стоимость солнечной электростанции, тем самым нивелируя дополнительные преимущества повышения эффективности солнечной генерации. Поэтому в настоящее время использование трекеров в солнечной энергетике ограничено, исключая, как уже говорилось выше, концентрацию объектов солнечной энергетики.
Преодоление этого барьера в большинстве случаев сводится к повышению организационного уровня управления солнечной электростанцией и техническому совершенствованию конструкции солнечного трекера. Значительная часть эффективных технических решений, направленных на развитие этих технологий, сосредоточена в патентных документах, зарегистрированных в различных патентных ведомствах. Компания EnerTechUp провела систематический поиск патентной документации по данной тематике, подготовила уникальную патентную базу данных, а также провела тщательный статистический анализ результатов патентной деятельности. База данных включает около 8 тысяч патентных документов, опубликованных в общедоступных источниках по всему миру в период с 1994 по 2021 год. Статистический анализ патентных документов выполнен за двадцатилетний период с 2002 по 2021 год. Результаты статистического анализа обобщены и приведены. в патентной экспертизе.
Патентная база данных и статистический обзор объединены в расширенный патентный отчет и предоставляются вместе. Кроме того, демо-версия базы данных и краткий статистический бюллетень, демонстрирующий основные статистические результаты патентной экспертизы, доступны для бесплатного скачивания по адресу: www.aenert.com.
Методология
Патентная база данных «Солнечные трекеры» содержит структурированный набор данных в формате Excel о патентных документах по интересующей теме, охватывающих временной период с 1994 по 2021 годы. Размещение базы данных патентных документов в файле с расширением xlsx позволяет формировать отдельные выборки документов или сортировать их по выбранным параметрам с помощью встроенных инструментов Microsoft Office Excel. Прилагаемое руководство описывает основные возможности управления патентными документами в базе данных и соответствует функционалу англоязычной версии Microsoft Office Excel 2016. Полнотекстовое описание или хотя бы аннотация для патентных документов, включенных в базу данных, может быть предоставлена. найти по номеру документа в общедоступных патентных поисковых системах, например, Google Patents.
База данных формировалась в два этапа. Первый этап включал предварительный сбор патентной документации из общедоступных источников с использованием традиционных методов, включающих ключевые слова, индексы патентной классификации, данные о заявителях и изобретателях. На втором этапе для повышения соответствия изобретений выбранным критериям тексты всех базовых документов из числа предварительно собранных на первом этапе подвергались тщательной предметно-смысловой оценке опытными инженерными кадрами. Также каждый документ в окончательной версии базы данных был отмечен дополнительными тематическими индексами, позволяющими провести более глубокую систематизацию изобретений.
Выбор столь трудоемкого способа создания патентной базы данных был обусловлен тем, что предметно-ориентированный поиск и систематизация изобретений связаны со значительными трудностями технического, лингвистического и методологического характера. Довольно часто патентные документы имеют сложный стиль изложения или несовершенный перевод, что затрудняет понимание и однозначную интерпретацию. Также существуют неполнота и несовершенство индексов патентной классификации. Более того, в ряде изобретений основные специфические ключевые слова либо опущены, либо используются в совершенно ином смысловом значении.
Каждый патентный документ в этой базе данных содержит список обычных библиографических показателей, включая оригинальное название, английскую версию названия, размер семейства, дату заявки, дату публикации, патентное ведомство, имена изобретателей и заявителей, тип документа (патент или заявка), количество претензий, количество цитирований, индексы МПК и номер базового документа. Также, как было сказано выше, патентные документы дополнительно снабжены специализированными маркерами – обобщенными унифицированными показателями, которые объединяются в отдельные смысловые группы: технологические категории (указывают применимость технических решений к одной из технологий солнечной энергетики); элементы технологии (показатели, показывающие уровень детализации производственного процесса); проблемы (технические, экономические, экологические и другие проблемы); тип технического решения (устройство, способ, состав).
Кроме того, база данных содержит ряд производных показателей, включая статусы заявителей, место проживания заявителей и Единую группу показателей. Такие показатели, как период ожидания патента, выдающиеся патенты, доля заявителя в совокупном реестре интеллектуальной собственности, могут быть рассчитаны на основе имеющихся данных. Для подавляющего большинства патентных документов рейтинговые баллы также рассчитывались на основе библиографических и унифицированных показателей.
Общую методологию составления патентной базы данных и статистической оценки, используемую в этом продукте, можно найти по адресу aenert.com.
Ключевые моменты
Статистический анализ за 20-летний период с 2002 по 2021 год включает:
Изобретений: 7756 (2453 патента и 5303 заявки на патент).
Офисов: 48
Страны: 46
Заявителей: 3374
Отдельные подгруппы МПК: 975
Всего назначено подгрупп МПК: 17542.
Всего для настоящего обзора найдено 7756 патентных документов (2453 патента и 5303 заявки на патент). Наиболее активная регистрация патентных заявок происходила в 2010-2019 годах. Наиболее популярными патентными ведомствами у заявителей были CNIPA (Китай), USPTO (США) и KIPO (КР). В процессе патентования приняли участие представители 46 стран мира. Наибольшее количество патентов получили жители Китая, Южной Кореи и США. Наибольшее количество патентных заявок за последние пять лет подали жители Китая (41,8%) и США (22,3%). Наибольшее количество патентов нерезидентам выдали CNIPA (Китай), USPTO (США), KIPO (КР), КПО (Япония) и ЕПВ.
К концу рассматриваемого периода доля нерезидентов среди заявителей существенно увеличилась. Количество заявок к общему количеству документов по годам составляло 0,62-0,7-0,61 в 2016-2019-2021 годах. При этом соотношение стартовых заявок к общему количеству заявок по годам находилось на высоком уровне (0,7-0,59 в 2017-2020 гг.). По состоянию на конец 2021 года более 46,5% патентов относились к патентным семействам (три и более патентных документа). 173 семейства патентов имели по три патентных документа, а 102 семейства — по четыре документа. 6 патентных семейств включали более 20 патентных документов. Среднее время ожидания патента в последние годы составляло 29-39 месяцев.
Всего в рассматриваемой патентной базе выявлено 975 отдельных подгрупп МПК, которым присвоено 17542 раза, и 2861 группа идентичных унифицированных показателей. Среди подгрупп IPC наиболее популярными были H02S20/32 (Опорные конструкции для фотоэлектрических модулей/специально адаптированные для слежения за солнечной энергией), F24J2/38 (Использование солнечного тепла, например, солнечные коллекторы/с использованием средств слежения), F24J2/54 специально адаптированные для вращающихся движение) и G05D3/12 (Управление положением или направлением/с использованием обратной связи). Среди патентов и патентных заявок значительно возросла популярность подгрупп МПК F24S30/425, F24S50/20, F24S20/30. В патентах и патентных заявках чаще всего упоминались технологические категории «Концентрированная фотоэлектрическая энергия» и «Солнечная башня». В большинстве случаев в качестве проблем, на решение которых направлены технические решения, раскрытые в патентах и патентных заявках, авторы указали Низкую эффективность из-за движения солнечной энергии и Высокие затраты на производство оборудования. В подавляющем большинстве случаев изобретения были связаны с устройствами или методами.
В список топ-10 самых результативных заявителей по количеству патентов вошли:
Корпорация СанПауэр (США)
НЕКСТрекер Инк. (США)
Abengoa Solar New Technologies, SA (ES)
BIGC Пекинский институт графических коммуникаций (CN)
Компания Big Sun Energy Technology (TW)
Корпорация SolarCity (США)
Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd (Япония)
Soltec Energias Renovables, SL (ES)
Ло Цзя Цзин (TW)
Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. (Япония)
Заключительная часть анализа включает расчетные данные, которые позволяют выявить возникающие в результате тенденции патентования и сделать основные выводы. Здесь же представлены такие диаграммы, как отношение количества заявок к числу патентов по годам, соотношение количества единичных заявок к общему количеству по годам и другие.
Бесплатную демо-версию этой базы данных можно скачать здесь:
В демо-версии представлены первые сто патентных документов. Здесь некоторые данные намеренно скрыты символами ###.
Краткий анализ статистических показателей представлен в бюллетене патентной информации, который можно скачать здесь (лицензия CC BY-SA 4.0):
Кому нужен этот расширенный патентный отчет?
Этот расширенный патентный отчет (включает базу данных и патентную экспертизу) служит одним из вариантов мониторинга передовых технических достижений в указанном промышленном секторе. Статистические данные, рейтинговые оценки и тщательно отобранные патентные документы, представленные в Базе данных, могут представлять интерес для изобретателей, инженеров, исследователей, студентов и преподавателей, а также для бизнесменов и инвесторов, так или иначе обеспокоенных проблемами развитие технологий производства солнечной энергии.
Отказ от ответственности
Настоящая патентная база данных и патентный обзор подготовлены компанией EnerTechUp и ее партнерами. В расширенный патентный отчет включены патентные документы, тщательно собранные из общедоступных источников и, по мнению авторов, в наибольшей степени представляют собой новейшие инновации в конкретной энергетике на момент составления расширенного патентного отчета. Подробную информацию о методологии поиска и обработки патентных документов можно получить на сайте Advanced Energy Technologies (www.aenert.com). Учитывая трудности, связанные с составлением перечней международных патентных документов, в том числе связанные со сроками, национальными и терминологическими барьерами, а также принимая во внимание высокую трудоемкость сбора необходимой аналитической информации и выполнения ее качественной интерпретации, авторы патентная база данных и патентная экспертиза не могут гарантировать абсолютную полноту и точность представленных материалов и снимают с себя любую ответственность за их использование. EnerTechUp представляет этот материал «как есть» и отказывается от любых претензий и обязательств, возникающих в связи с использованием опубликованных в нем данных, включая, помимо прочего: компенсацию любого вида финансового ущерба, упущенную выгоду или компенсацию морального вреда. Эти положения также относятся к сотрудникам, акционерам, агентам и поставщикам данных EnerTechUp.
