太阳能技术的产品、标准与专利新发展

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作者:魏衍亮; 来源:; 源语言:中文

2007/08/01

【摘要】我国骨干企业尚没有转变工作思路,开展专利丛林的挖掘与建设工作;国内企业专利申请总量少于个人;国内发明专利申请量远远少于国外企业;中国当事人在国外的专利申请量极少;政府各部门的标化工作也忽略了专利问题,没有创建受国内外专利丛林保护的标准体系。这些问题急需在国家知识产权战略的实施、推进工作中予以解决。

【关键词】太阳能技术;产品;标准;专利;发展

一、产品的发展

随着太阳能技术的日益成熟,传统光伏产品开始快速普及,新产品也在大量涌现。例如,太阳能热水器、灶具、空调、电池、家用灯具、农用设施等已经较为普及;太阳能显示器、大型路灯、铁路信号灯、远程电信中继电站、原油管道加热器、游泳池加热器、充电器、手机、电脑、帐篷、窗户、屋顶、建材、房屋等也开始大量上市。国外还出现了太阳能汽车,时速高达一百公里,可长途行驶数千公里。国外还在建造太阳能飞机,可飞行数百公里,载客数十人。目前,各国兴建了不少地面太阳能电站,较大的太阳能发电厂的发电能力已经超过60兆瓦。到2010年,全球地面太阳能发电量将超过15GW。有些发达国家还在试建太空光伏电站,在太空建设太阳能电站,用微波或者激光把电能输送到地球上,再转换成电能,用超导网络向全球用户输送。随着技术的进一步发展,太阳能产品的种类、销售量还会大量增加。

我国一些著名企业已经成为全球太阳能技术和市场的领导者。例如,凭借自主知识产权和拳头产品,皇明集团每年销售太阳能集热器数百万平米,相当于欧盟各国的总和、北美的两倍多。皇明集团的太阳能高科园、温屏节能玻璃厂、光电工业园、热水器工业园、真空管工业园等已全部投产,仅太阳能集热器真空管的产量就相当于北美的两倍多。海尔公司的太阳能空调、生活热水系统已经在奥运场馆使用,可以为600多平米的游泳池加热,还可以为数万人提供生活热水,在全球第一次实现了“绿色奥运”的目标。我国民营科技企业第一家纽约上市公司——尚德公司的太阳能电池、多晶硅、热水器等产品也已畅销国外。

二、标准的发展

太阳能产业涉及很多产业领域,有广阔的发展空间,可望成为国民经济中的支柱产业。例如,2005年全球太阳能住宅的投资规模高达1200亿美元。2006年,全球太阳能专用设备市场的销售额超过了200亿美元,到2010年,将超过900亿美元。此外,全球太阳能发电、存储行业的产值也已高达数百亿美元。这些中下游产业的发展带动了上游原材料行业的快速发展。例如,到2015年,作为太阳能吸收面板主要原料的高纯度硅的需求量将增加10多倍,真空管的需求量可望增加数十倍。

我国太阳能产业规模居世界第一位,远远领先于欧洲、日本、美国。随着我国标准战略的推行,我国太阳能产业可望继续占据全球领先地位。例如,从1982年开始,我国能源标准委员会陆续制定了10项太阳能热水器工业标准,另有2项标准待发布。这12项标准中,3项属于基础标准,6项属于试验及评价方法标准,还有3项属于产品标准。这些标准促进了我国太阳能热水器行业的发展。2006年1月1日,建设部制定的GB50364-2005标准,即“民用建筑太阳能热水系统应用技术规范”正式实施。它的第3.0.4、3.0.5、4.3.2、4.4.13、5.3.3、5.3.8、5.4.2、5.4.4、5.6.2、6.3.4条为强制性条文,全国企业必须执行。这些规定主要要求我国企业在新建中小型住宅上强行性安装太阳能热水器。近期,我国发改委还会发布新的强行性规范、财税政策等,继续推进太阳能住宅的建设,普及太阳能热水器等环保产品。目前,我国太阳能热水器安装面积已超过9000万平米,占世界份额约60%。按照发改委的计划,到2020年,我国太阳能热水器的安装面积将超过3亿平米,继续居全球首位。

在太阳能电池领域,我国中央、地方政府也陆续发布了数十部标准,主要有单晶硅太阳能电池总规范、地面用太阳能电池标定的一般规定、地面用太阳能电池电性能测试方法、光伏组件的测试认证规范、陆地用太阳能电池组件总规范、太阳能电池组件参数测量方法、陆地用太阳能电池组件环境试验方法、海上用太阳能电池组件总规范、非晶硅太阳能电池性能测试的一般规定、家用太阳能光伏电源、系列太阳能光伏户用直流电源等。这些工业标准可望极大地推进我国太阳能电池产品的普及。

和其他大多数高新技术产业不同,我国在太阳能领域有巨大的技术、产品、市场优势,完全有能力主导国际标准的制定、推广工作。只要海尔、皇明、尚德等国内骨干企业和有关部门通力合作,我国通行的事实标准、行业标准完全可以上升为国际标准,造福全人类。

三、技术的发展

(一)一般情况

太阳能集热、转换、储存技术已经相当成熟。国内不少企业在这些领域拥有自主知识产权,而且掌握了大量上下游核心技术。例如,皇明集团的太阳能光热利用干涉镀膜技术是制备集热器的核心技术。该公司还在太阳能照明、发电、采暖、制冷、海水淡化、建筑节能等领域取得了大量技术突破,在太阳能电池组件、太阳能控制器、温屏节能玻璃、太阳能光伏发电、太阳能照明(庭院灯、草坪灯、路灯、交通灯)、太阳能便携式电源、太阳能凉帽、太阳能服装、太阳能钥匙扣、太阳能摇摆器、太阳能玩具等领域掌握了较为先进、成熟的配套技术,推出了相关产品。再例如,尚德公司在单晶硅、多晶硅、晶体硅太阳能电池、光伏系统工程、光伏应用产品等领域也掌握了大量全球领先的核心技术。凭借这些技术,它在海外融资4亿多美元,实现了跨越式发展。

目前,太阳能行业的关键技术领域主要有:多晶硅薄膜技术、太阳能集热器技术、高精度日光定位技术、太阳能转换技术、太阳能电池材料技术、热光伏电池封装和组件制备技术、太阳能半导体照明技术、太阳能电站系统技术等。这些领域存在不少关键技术内容,例如,多晶硅薄膜技术主要包括化学气相乘积法、等离子体增强化学气相沉积法、液相外延法、等离子体溅射沉积法等四大技术路向;还包括不少重要工艺步骤,如籽晶层或匹配层的制备、晶粒的增大、沉积多晶硅薄膜等。在太阳能电池材料技术领域,也存在单晶硅电池、多晶硅光电池、非晶硅电池、碲化镉光电池、砷化镓光电池、磷化铟光电池等不同的技术路线。

在太阳能技术的下游应用领域,也存在不少重大技术路线,例如太阳能间接加热输送原油技术、大型设施的水体加热技术、太阳能空调技术、太阳能建筑系统设计技术等。在这些技术路线上已经出现很多成熟的设计方案,甚至产品。

(二)国外情况

和其他技术领域类似,太阳能也是国外专利部署的密集之地,各主要技术领域都存在大量的专利文献。例如,在基础材料技术领域,US20060249200保护一种太阳能采集器的多晶硅材料发明。US20060249203保护一种使用碳纳米管的太阳能模组。US20070028958保护多层太阳能采集组合物与采集方法等。US20050278006保护太阳能储存纸及其医疗用途。

在基础装置技术领域,US20070039643保护一种太阳能阴离子发生装置。US20070074716保护一种太阳能发动机。US20060169846保护太阳能卫星的微光采集器。

在基础方法和系统技术领域,US20060237057保护一种太阳能系统发明。US20070013340保护便携式太阳能系统。US20060011194保护太阳能采集装置和采集方法。US6429621保护太阳能充电系统。US20060066107保护太阳能转换方法和设备。US20070138981保护控制太阳能电源与电动机之间电流传送的设备和方法。

在日用品技术领域,US20070151593保护一种太阳能救生衣。US20070137685保护一种太阳能降温头盔。US20070084501保护一种线路内置的折叠便携式太阳能模组。US20050146876保护太阳能户外伞具。US20050016581保护太阳能空调。US5950618保护太阳能灶具。US20050016597保护向任何手持装置供电的太阳能组件。

在建筑技术领域,US20060107993保护包含太阳能转换器的建筑构件。US20050102934保护产生太阳能电流的窗户。US20060102217保护具有太阳能面板的帐篷结构。还有大量文献保护太阳能房屋系统和结构。

在交通技术领域,US20070126599保护一种太阳能交通灯。US20070171634保护高效照明的户外太阳能灯具。US20070052385保护太阳能路灯。

在能源技术领域,US20070151245保护一种太阳能发电机。US20070107768保护一种太阳能发电系统。US20060118104、US20060118105保护太阳能电站。US20010010222保护太阳能发电和电能存储系统。

(三)国内情况

国内发明专利申请量也不小,覆盖了太阳能应用的各个基础技术领域:

第一,转换器。例如,200580024508.4号文献涉及一种3-相太阳能变换器电路和方法,用于避免变换电路中使用高容量储能元件。01823087.3号文献涉及一种太阳能转换器。它的取向由光学控制装置控制,基本双向地垂直于太阳光光线,使太阳光沿每个细长的反射器的焦线被反射并被集中,点聚焦反射阳光照射在太阳能电池上产生电。

第二,材料发明。例如,03824496.9号文献涉及一种包含低湿气渗透率粘合剂组合物的太阳能电池板,包括光电材料层、背板、粘合剂层等。200410064831.1号文献涉及一种制备多晶硅绒面的方法。200610065676.4号文献涉及一种用于制备多晶硅绒面的酸腐蚀溶液及其使用方法。03159696.7号文献涉及一种塑胶太阳能集热管材料配方,组份及按重量份的含量为:三元乙丙橡胶100,聚烯烃1~50,增溶剂2~30,传热剂5~50,吸热剂1~10,滑剂0.5~5。200480039417.3号文献涉及一种太阳能电池的硅原料,可用于制备生产PV太阳能电池用硅晶片的定向凝固直拉法区熔单晶硅或多晶硅锭、薄硅片或带,它含有0.2-10ppma的硼和0.1-10ppma的磷。

第三,半导体基材制造方法。例如,00122589.8号文献涉及一种半导体基材的制造方法和太阳能电池的制造方法。

第四,半导体薄膜制造方法。例如,99104304.9号文献涉及一种半导体薄膜及其制造方法以及使用该薄膜的太阳能电池。200410079736.9号文献涉及一种半导体膜及制造方法、使用它的太阳能电池及制造方法。02158797.3号文献涉及一种太阳能选择性吸收膜构造及其制备方法,它具有位于一个反射金属层上的单一陶瓷金属合金薄膜。该薄膜的厚度介于150-400nm。200410079736.9号文献涉及一种半导体膜及制造方法。

第五,太阳能电池制备方法。例如,200510030012.X号文献涉及一种N-型硅片上制造太阳能电池的方法,它在N-型硅晶片正面上丝网印刷铝浆料,通过干燥和焙烧在N-型硅片正面形成铝膜。

第六,半导体器件和电池模件制造方法。例如,99102715.9号文献涉及一种半导体器件、太阳能电池模件以及将其拆卸的方法,它把基片、填充物、光电元件和保护层中的至少一种与其它的构件分离。被分离的构件可被再利用。200310114345.1号文献涉及一种太阳能电池组件和其生产方法,该组件具有挠性且包含薄膜单晶,它按照使组件固有的容易弯曲的方向不同于薄膜单晶最容易劈裂的方向的方式来制造。200410071241.1号文献涉及一种采用太阳能电池的发光砌块。02817933.1号文献涉及一种硅板及其生产方法和太阳能电池。

第七,太阳自动跟踪技术。例如,01127157.4号文献涉及一种自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统。它将太阳光光纤采光照明技术同太阳能发电技术有机结合起来,不用常规电源,并能使太阳能电池始终工作在最佳的功率输出状态。00137098.7号文献涉及一种中央太阳能接受器。02159728.6号文献涉及一种太阳能电源装置及其最大功率点跟踪控制方法。该装置中的太阳能电池的输出送入功率变换器中。在太阳能电池和功率变换器之间的线路上接有电压检测器和电流检测器。200610020733.7号文献涉及一种太阳能聚热器定焦点跟踪装置。

第八,充电技术发明。例如,01138685.1号文献涉及一种太阳能充电系统,包括电压转换器、占空比控制电路等。

第九,传统电池发明。例如,01142763.9号文献涉及一种太阳能电池。02121537.5号文献涉及一种薄膜多晶太阳能电池及其形成方法,该电池包括基材、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层,其中,从产生在第一半导体层内的晶核生长的晶粒连续地生长,从而形成第一和第二半导体层,该晶粒也水平生长以接触相邻的晶粒,且垂直生长与第三半导体层形成接触面。

此外,02804373.1号文献涉及一种太阳能电池和制造太阳能电池的方法,其中,电池具有许多互相平行地形成在硅单晶衬底的第一主要表面上的沟槽。电极设置在每个沟槽的一侧的内侧面上。02806810.6号文献涉及一种太阳能电池及其制造方法。200610044272.7号文献涉及一种太阳能电池及其制备方法。它在沉积窗口层前用等离子体对透明导电膜进行预处理形成表面处理层,并由此表面处理层制备非晶硅PIN结和微晶硅PIN结。

第十,纳米电池发明。例如,02131030.0号文献涉及一种全固态纳米晶太阳能电池及其制法,尤其涉及以导电聚合物材料或无机/导电聚合物协同体系作为p型半导体制备的全固态纳米晶太阳能电池及其制法。在具有导电薄膜的透明基片上涂布半导体纳米材料的浆状物,然后经过高温烧结,制备出宽禁带半导体纳米晶薄膜,然后制作电极,组装成全固态纳米晶太阳能电池。

第十一,电池表面、外壳、防护罩制造技术。例如,02106041.X号文献涉及一种太阳能电池的外壳,包括树脂叠合层,该层包括熔融态具有光学非等向性的液晶高分子层。该外壳还具有较好的水气阻隔能力。02155236.3号文献涉及一种单晶硅太阳能电池的表面结构及其制作方法。02155236.3号文献涉及一种单晶硅太阳能电池的表面结构及其制作方法。02824484.2号文献涉及一种用于太阳能电池的防护玻璃罩。

第十二,系统组配、检测发明。例如,03107141.4号文献涉及一种空气式太阳能系统,由利用太阳能加热空气的集热部和为该集热部的空气热介质送风的送风扇构成。02103160.6号文献涉及一种检测太阳能发电系统接地故障的装置和方法。

第十三,控制技术。例如,200310122930.6号文献涉及一种太阳能光伏整体集成并网控制器及方法。200410027145.7号文献涉及一种用于太阳能热水器的定温逐级上水方法,可以在不同的太阳辐射强度下尽可能多地吸收太阳能以获得适合淋浴的温度较高的热水。03815443.9号文献涉及一种太阳能面板支撑系统。

第十四,发电技术。例如,200310118348.2号文献涉及一种太阳能发电装置及其制造方法和太阳能发电系统,该装置包括,在基板上边形成的一个太阳能电池单元,以及多个电力变换装置,其中每一个都连接到上述太阳能电池单元上,变换该电池单元的输出。200480009985.9号文献涉及一种太阳能发电系统,它使用具有转换参考电平的接地故障检测系统,始终可以确定设备的漏电阻。200610018407.2号文献涉及一种太阳能发电真空瓦。

第十五,集热器技术。例如,02233460.2号文献涉及一种三腔玻璃真空太阳能集热管,其中,玻璃真空太阳能集热管的内管中装有内胆;它可减少内管的水容量,从而减少其热容量,提高热的有效供给。02158297.1号文献涉及一种热管式全玻璃真空免镀膜太阳能集热管,分为两大部分:全玻璃真空管、金属导热管。03111538.1号文献涉及一种玻璃-金属焊接太阳能真空集热管及其制造工艺。其产品的启动速度快,可以生产高温热水或气体;适合大型太阳能集热工程和高寒地区。

第十六,安装、建筑技术。例如,02804239.5号文献涉及一种太阳能电池组件和其安装方法。03147612.0号文献涉及一种太阳能电池的制造及其在屋顶单元上的安装方法。200510097306.4号文献涉及一种晶体硅太阳电池组件装框机。

除了上述基础技术发明,我国公开的发明专利还覆盖了大量的下游技术、产品,例如,电子装置显示器、智能航标灯、建筑系统和设计、建筑采暖采热水系统、阳台采热系统、杀菌热水器、非晶硅太阳能电池板笔记本电脑、海水养殖、海水淡化、地下水净化、温室大棚、激光装置、OLED装置、发电系统、移动电站、玩具、空调、手电筒、服装、手表、手机、拖拉机、厕所、充电器、热水器、炊具等。例如,200510025922.9号文献涉及一种太阳能拖拉机。200410031073.3号文献涉及一种太阳能系统房屋。200410031075.2号文献涉及一种太阳能系统房屋的集热屋顶。200610013024.6号文献涉及一种太阳能被动式无源电子标签。

总体上看,我国骨干企业尚没有转变工作思路,开展专利丛林的挖掘与建设工作;国内企业专利申请总量少于个人;国内发明专利申请量远远少于国外企业;中国当事人在国外的专利申请量极少;政府各部门的标化工作也忽略了专利问题,没有创建受国内外专利丛林保护的标准体系。这些问题急需在国家知识产权战略的实施、推进工作中予以解决。