太陽能發電是指將太陽輻射出來的光和熱轉換成電能,其轉換方式分成直接與間接,直接是利用太陽能光伏板來吸收太陽能進行發電,間接則會使用聚光太陽能發電系統,此系統會使用透鏡或反射鏡等將大面積陽光聚焦成光束,再利用光電效應把太陽光轉換成電能。太陽能發電作為現代新興的可再生能源,根據計算,太陽輻射一天所產生的能量比全世界一年所使用得能量還來的多,所以如果能提升轉換的效率技術,太陽能將會是具有更高發展性的能源。
現今太陽能的應用層面越來越廣泛,小至一般生活上的常用裝置(如:計算機及檯燈等),大到交通運輸工具的使用,除了需求增加外還要解決全球暖化及能源危機,因此人們更致力於發展這個領域,首先必須要解決成本高及轉換效率低的問題,最初太陽能發電裝置採用固定式系統,但由於太陽會有東昇西落及各季節有不同的日照角度,使得無法保持最大光照面積導致發電量減少,因此利用追日裝置來改善此問題,相較最初所用固定式系統,最多約可提升60%的發電量,追日裝置可分為單軸與雙軸系統,單軸追日系統為水平翻面,而雙軸則具旋轉功能,且可全天追蹤太陽的方位與角度,所以雙軸系統的發電量會較單軸來的多,但相較成本花費也較高,所以目前仍以單軸為主流,未來產業仍以雙軸系統為發展趨勢,希望能將太陽輻射做最大程度收集,以獲取最高的發電效益1。因此本文透過關鍵字「solar、photovoltaic*、power、tracking」及IPC「H02S2」等,初探全球相關太陽能追日裝置的專利技術佈局概況。
一、全球太陽能追日裝置相關市場概況
近年全球太陽能追日裝置之相關技術生命週期(二年期)概況顯示,該技術生命週期分析出依據專利申請數量與專利申請權人數隨時間之消長,觀察太陽能追日裝置產業所處之技術生命週期階段,如為:技術萌芽期、成長期、成熟期或是衰退期等。
如圖一之技術生命週期概況(二年期)顯示,橫軸為專利權人的投入量,縱軸為專利件數的申請量。相關專利的研發投入量自2003-2004年開始成長,在此之前專利數皆少於5件,專利申請人數及專利投入量皆於2015-2016年最高,達1,553人與730件,客觀推論目前為成長邁入成熟期。
圖一 近年全球太陽能追日裝置之相關技術生命周期概況(二年期)
近年全球太陽能追日裝置之相關專利概況如圖二顯示,相關技術的申請量整體呈現成長的趨勢,惟2013略有下降,最終於2016年達到最高點,達1,178件;專利公開/公告數量整體亦為成長趨勢,最後於2018年達到最高,約為1,416件。
(一)太陽能追日裝置近年專利申請與獲證資訊
全球太陽能追日裝置之專利申請與獲證數量如圖三所示,歷年專利申請數量約為8,006件,其中已獲證的發明專利約1,985件,獲證率約24.79%。
(二)全球前五大太陽能追日裝置之專利佈局國家或屬地
全球前五大太陽能追日裝置之專利佈局國家或屬地如圖四所示,其中以CN(中國)為最大屬地,占比達65.78%,其餘依序為KR(韓國)、US(美國)、WO(世界智慧財產組織)及JP(日本)。
二、全球太陽能追日裝置相關產業之佈局與所屬競爭者分析
下圖五之等高線圖相互比對,分析更細節之技術應用發展,並以高峰表示技術佈局之多寡。探勘近年專利技術的發展主要落在熱、太陽輻射、鏡片、反射、太陽能模組、收集器及滑軌裝置等。
(一)相關所屬競爭者之技術佈局
根據圖六及圖七顯示投入該產業技術之標的公司,如SunPower Corporation以紅色圓點標註,Sumitomo Electric Industries, Ltd.以綠色圓點標註,The State Grid Corporation of China以藍色圓點標註,可看出相關標的公司於太陽能追日裝置相關技術之分佈概況。
圖七 相關標的公司佈局太陽能追日裝置之技術領域
(二)相關所屬競爭者之引證分析
下表顯示太陽能追日裝置相關領域中,產業競爭者之TOP 5平均引證分析,其中包含被引證數(Forward Citation)與引證數(Backward Citation)。以次數為基準,被引證最多者為SunPower Corporation,為564次,而引證次數最多者為SolarCity Corporation,為3,228次。
表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
Forward Citation | |||
Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg. citation |
SunPower Corporation | 199 | 564 | 2.83 |
The State Grid Corporation of China | 66 | 72 | 1.09 |
SolarCity Corporation | 71 | 65 | 0.92 |
Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 87 | 36 | 0.41 |
Soitec Solar GmbH | 44 | 35 | 0.8 |
表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
Backward Citation | |||
Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg. citation |
SolarCity Corporation | 71 | 3,228 | 45.46 |
SunPower Corporation | 199 | 1,797 | 9.03 |
Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 87 | 261 | 3 |
Soitec Solar GmbH | 44 | 193 | 4.39 |
The State Grid Corporation of China | 66 | 154 | 2.33 |
三、合作專利分類(CPC3)分析
太陽能追日裝置相關技術中,主要CPC技術分類號多為Y02E組群,其中前五大組群有Y02E 10/47、H02S 20/32、Y02E 10/52、Y02E 10/50及F24S 50/20。
該些技術涉及太陽能追蹤及光電系統等。再者,透過CPC技術分類號的分析,提供給相關技術領域研發者,可利用此分類號更有效率地縮短前案的檢索搜尋,或比較相關前案技術特徵的時間。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
表二 CPC技術分類號之詳細說明 | |
CPC | Definition |
Y02E 10/47 | Mountings or tracking |
H02S 20/32 | specially adapted for solar tracking |
Y02E 10/52 | PV systems with concentrators |
Y02E 10/50 | Photovoltaic [PV] energy |
F24S 50/20 | for tracking |
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理 |
四、全球太陽能追日裝置之相關文獻
(一)近5年相關文獻主要涉及議題
下圖顯示近5年相關文獻(期刊/會議錄)主要研究之Top 5議題為Energy fuels(能源燃料)、Engineering(工程)、Science technology(科學技術)、Computer science (電腦科學)及Thermodynamics(熱力學)。
(二)近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地
針對近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地中,主要以USA(美國)為主,占37.21%。
(三)相關期刊之資訊
以下由近5年發佈之期刊中,搜尋出TOP 3引用數之期刊資料,詳如下表。
表三 太陽能追日裝置相關文獻一部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻一 |
文獻來源 | PROGRESS IN ENERGY AND COMBUSTION SCIENCE,39 (4): 285-319 AUG 2013 |
標 題 | Thermal energy storage technologies and systems for concentrating solar power plants |
作 者 | Kuravi, S |
被引用數 | 510 |
國 家 | ENGLAND |
表四 太陽能追日裝置相關文獻二部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻二 |
文獻來源 | RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS,22: 466-481 JUN 2013 |
標 題 | Concentrated solar power plants: Review and design methodology |
作 者 | Zhang, HL |
被引用數 | 365 |
國 家 | ENGLAND |
表五 太陽能追日裝置相關文獻三部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻三 |
文獻來源 | ENERGY,53: 1-13 MAY 1 2013 |
標 題 | Solar power generation by PV (photovoltaic) technology: A review |
作 者 | Singh, GK |
被引用數 | 334 |
國 家 | ENGLAND |
註1 | 超精準追日,iPV Tracker 太陽能電站效益提升最佳解。資料來源 |
註2 | H02S:轉換紅外輻射、可見光或紫外光以產生電功率。 |
註3 | CPC:Cooperative Patent Classification |
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