太阳能发电专利技术发展趋势

太阳能发电专利技术发展趋势例如，上海一个赵博士自费建立了中国唯一的“家庭电厂”：在楼顶覆盖了仅21平米的太阳能光伏电池板。这个静止而且无声的“电厂”生产的电能部分供自家使用，其余“倒贴”贡献给公共电网。由于中国没有财政补贴，“家庭电厂”的建设只能全部自费；由于中国电网对用户进出电力都要收费，所以向公共电网免费供电的“家庭电厂”要按照市场耗电价格向电力企业倒贴电费。相反，在日本，“家庭电厂”的全部投资约70%由政府买单。“家庭电厂”向公共电网提供的电力，由政府强制电力企业按照太阳能发电核定价格收购，超出市场普通电力基准价的部分，由政府补贴。这使日本约20%的家庭在屋顶覆盖了太阳能发电设备。在德国，由于政府强制电力企业高价收购“家庭电厂”的产品，德国的太阳能发电屋顶也已高达数十万个。在美国，一些地方政府借鉴德国的补贴政策，强制电力公司在未来20年内，保证用双倍价格收购“家庭电厂”的太阳能电力。2008年，美国总统还签署了价值数百亿美元的绿色能源投资补贴制度延长法案，其中，把住宅建成太阳能电厂，可获得30%的财政补贴，该政策继续延长生效8年。在强有力的政策推动下，国外一些地方政府、企业陆续启动了庞大的太阳能发电投资计划。例如，洛杉矶市政府投资15亿美元，计划在未来5年内把全市居民屋顶、市政不动产屋顶等改造成太阳能电厂。太平洋天然气和电力公司正在兴建的一个太阳能电厂可满足15万个家庭的用电需求。加州亮源能源公司正在兴建的一个太阳能电厂则足供84万个家庭使用。随着日本、德国、美国“家庭电厂”的日益普及，这些地区的供电节点将增加数百万，甚至上千万个，彻底改变全国电网依靠少数火电、水电、核电节点的旧格局；在全球供电领域，它们将率先赢得战略安全，并率先进入绿色能源时代。与“家庭电厂”刚刚萌芽的情况类似，我国太阳能“发电大厦”也仅有一幢。例如，在保定市，本地高科技企业把“越秀酒店”改造成“电谷锦江国际酒店”，在立面、楼顶、挡雨棚等9个部位，总计覆盖了4500多平米的太阳能电池板。其主体是立面的“呼吸式太阳能玻璃幕墙”，它可发电、透光、遮阳。该大厦已经建成，其年太阳能发电量约26万度，相当于520户家庭（每户年均用电500度）的全年用电总量；它提供的绿色能源，可替代104吨标准煤，分别减少二氧化碳、硫氧化物、烟尘排放量75.5吨、2.3吨、1.8吨。在规划中的商业广场上，“电谷锦江国际酒店”将和其他几座太阳能“发电大厦”共同组成一座中型电厂。这个电厂的产品将并入公共电网。但是，由于国家不能用足够高的价格强制电力企业长期收购该绿色能源，保定的“发电大厦”很难在全国推广。相反，在日本、德国、美国、澳大利亚，太阳能“发电大厦”已快速普及。国外“发电大厦”不但优选标志性建筑，以引导全社会仿效，而且优选重大项目，以保证“战略据点”的用电安全。例如，科罗拉多州议会大厦、南加州商业大厦、维多利亚皇后大厦、日本国际媒体中心、日本夏普公司液晶电视厂房等标志性建筑，都已被建造成太阳能“发电大厦”。内华达州空军基地、拉斯维加斯Nellis空军基地、肯尼迪航天中心、澳大利亚阿德莱德机场、科隆/波恩机场、加州圣丽塔监狱等已经成为兴建太阳能电厂的战略据点。这些项目一般都有政府的财政资助。例如，对阿德莱德机场，仅南澳大利亚州政府的资助就超过100万美元。我国各级政府在建材、建筑市场，出台了一些重大措施。例如，有些地方强制所有新建大厦安装双层节能玻璃，强制全部平顶楼房限期改造出节能的坡式屋顶。有些地区更加超前，要求特定场所的玻璃涂敷纳米薄层，变成透明的防弹玻璃。可是，在推广太阳能“家庭电厂”、“发电大厦”问题上，我国还缺乏强有力的建材、建筑管制措施，更缺乏有效的财政扶持政策。截至目前，中国的“家庭电厂”、“发电大厦”廖廖无几。但是，中国的太阳能发电资源异常丰富。与多云、狭小的日本、德国相比，我国有阳光充足、土地辽阔的荒漠。如果把中国1％荒漠中的太阳能用于发电，就可满足我国2003年全年的用电量。在同样多云的上海，如果20%的屋顶安装现有的太阳能发电设备，每年发电量将超过57亿度；让上海20%的楼宇“披上”太阳能发电幕墙，每年发电量将高达数千亿度。目前，我国个别企业已开始尝试建设“太阳能电厂”。例如，中国科技发展集团有限公司计划在柴达木盆地建设1GW的太阳能电站，其设计规模居全球第一位。但是，从国家电网安全的角度讲，从遥远的西部统一节点向东部供电，这并不可取。我国应当借鉴国外经验，优先在发达地区资助用户建设数以千万计的“家庭电厂”、“发电大厦”，并选择一大批战略单位，由国家投资为其建造战备性质的太阳能电厂。对各种类型的太阳能电厂，我国更要借鉴国外的做法，强制电力企业高价收购其绿色能源。从第一代到第二代，中国太阳能发电技术急需实现全球崛起我国光伏制造业发展很快。例如，2007年，无锡尚德销售收入超百亿美元，跻身世界光伏行业三强。浙江上虞的多晶硅基地计划在2009年达到千吨生产规模；衢州的光伏产品大量应用到宇航、军工领域，年产值很快将超过200亿元。投资18亿元的泉州太阳能产业园、投资25亿元的乐山光伏产业基地、投资100亿元的江西太阳能硅片基地也将陆续竣工投产，计划产值超过1000亿元。我国蓬勃发展的光伏产业还带动了太阳能热水器、太阳能建材行业的发展。例如，山东是全球最大的太阳能热水器制造基地；河北、辽宁、湖南等地的太阳能建材行业也在快速崛起。不过，在全球太阳能产业链中，原料、技术和设备基本被发达国家垄断，中国太阳能企业从事的工作主要是终端产品的工艺改进和制造。尤其光伏产业，我国90％以上的原料和设备依靠进口，约95％以上的产品用于出口；我们处在产业链上层次较低的加工环节，核心技术基本被国外企业掌握。国内企业在太阳能电厂的控制器、逆变器、蓄电池等外围产品上已经有可靠的技术积累。但是，在多晶硅薄膜电池、非晶硅薄膜电池、多元化合物薄膜电池、聚合物薄膜电池、染料敏化太阳能电池、柔性光伏电池等核心技术领域，我国尚缺乏具有工业竞争力的自主知识产权产品。例如，国外已研制出轻便、纤薄，可折叠、卷曲的光伏电池。它可使汽车、服装变成小型光伏电站。再如，国外开发出了厚度小于0.1毫米，重量小于1克，面积小于1/2平方分米的微型光伏电池，可使手机、收音机等小型电子产品依靠太阳能，告别现有的蓄电池或者充电电池。我国虽然在光伏发电，即第一代“太阳能发电”技术上没有掌握足够多的核心技术，但是在第二代“太阳能发电”技术上，已经初步获得重大突破。我国各级政府，尤其宇航、军工部门应当加大对第二代“太阳能发电”技术的支持力度，促进其快速实现产业化。该技术来自我国浙江企业。它不但可用太阳能发电，而且可用一切热源发电。发电技术的发展经历了水轮驱动、水坝涡轮叶片驱动、蒸汽驱动、内燃机驱动、天然气涡轮驱动、燃煤蒸汽涡轮驱动、原子能驱动等发电方式。这些发电方式都包含机械运动，噪声很大，并普遍造成环境的变迁与污染。第一次全球“石油危机”之后，宇宙飞船率先应用的半导体太阳能发电技术，开始大量获得民用。该技术的优点是：没有机械运动与机械损耗，非常安静、环保。其缺点是：太阳能转换为电能的效率不高。该技术用光伏原理来发电：例如，硅原子有4个电子，在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，可获得带负电的N型半导体；在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，可获得带正电的P型半导体。P型、N型半导体结合在一起时，则接触面会形成电势差；太阳光照射到PN结后，空穴由N极区向P极区移动，电子则由P极区向N极区移动，形成电流。在低光谱区，光子基本上被全部浪费；在高光谱区，光子被大量消耗。这就导致传统的光伏发电技术一般不能超过29%的光电转化比率。其他一些太阳能发电技术，例如，用砷化镓和多吸收层吸收太阳光谱各谱带的技术，能够把光电转换效率提高到40%。不过，现有的任何太阳能发电技术必须依靠太阳光。在夜间或者缺乏阳光的白天，现有的太阳能发电技术都无法发电。这是第一代“太阳能发电”技术无法突破的瓶颈。相比之下，我国浙江企业开发了第二代“太阳能发电”技术，它可以使用整个光谱带的光子和热能，能够使光电转化效率超过40%。和第一代“太阳能发电”技术相同，它也没有任何机械运动和机械损耗，没有任何液体和气体排泄，可完全保持静默。更关键的优点在于：该技术不仅可以采用太阳能发电，还可采用任何热能来发电。该浙江企业应用Peltier和Seebeck效应，已开发出各种当量的第二代“太阳能发电机”。例如，其研制的5W小功率发电机可用太阳能为传感器、监视器、通讯终端供电，还可用体温为单兵电子设备供电；其研制的中型发电机可采集地热、废热为家庭、单位持续供电；其研制的千瓦级大功率发电机可密封放置在深海或者冰川中，为军队的无线信号转发系统“静默”供电。该技术还可应用于厨房、汽车、垃圾焚烧场、潜艇、星系探测器等各种领域，成为第一代“太阳能发电”技术的替代品。中、美太阳能发电专利技术的分布情况（一）美国的情况美国是全球太阳能发电技术科研、应用最发达的地区。夏普公司、日立公司、本田公司、三星公司、LG公司、壳牌公司、通用电气、Abengoa太阳能公司、Meldynique太阳能公司、无锡尚德公司、Spire公司、Photonworks能源自主公司、Alanod太阳公司、Topsun能源公司、EnerGen公司、印度太阳出口公司、Maharishi太阳技术公司、清洁绿色能源公司等在美国都部署了相关专利。我国台湾的光伏专利实力也不容小觑。例如，仅茂迪公司在美国USPTO就公开了77篇发明专利文献。美国公开的相关文献覆盖了第一代“太阳能发电”技术的各个应用层面，但是，涉及柔性光伏电池、微型光伏电池，以及第二代“太阳能发电”技术的专利极为罕见。例如，US7185493号文献涉及一种太阳能发电厂及其发电的方法。US6686533号文献涉及一种把太阳能转换为电能的系统和方法。US6141949号文献涉及一种在蒸汽电厂使用太阳能的方法和设备。US5795666号文献涉及一种把太阳能转化为氢能，进而转化为电能的发电站及其方法。US5707762号文献涉及一种把太阳能转换为电能的组合电厂。US5005360号文献涉及一种太阳能发电系统。再如，US4637969号文献涉及一种把太阳能转换为电能的光电化学电池，及其制造方法。US4585581号文献涉及把太阳能转化为电能的光化学电池中，一种聚合共混物的用途。US4488943号文献涉及把太阳能转化为电能的光化学电池中，一种聚合共混物的用途，以及该共混物的制备方法。US4442185号文献涉及一种把太阳能转化为电能的光化学电池，以及该电池的制造方法。US4377071号文献涉及一种太阳能电站。US4359870号文献涉及一种太阳能发电设备。US4191901号文献涉及一种太阳能发电方法和系统。US4095428号文献涉及一种太阳能发电厂及其改进的太阳能热能采集器。（二）中国的情况我国是全球企业开展专利部署最活跃的地区之一。尤其近几年，我国太阳能发电技术专利申请量增长极快，年增长速度超过40%；总量超过1万件，其中，仅光伏电池领域就公开专利文献6300多篇。相关文献大部分由个人首先发表。例如，缪同春公开相关专利申请约10件，涉及太阳能光伏发电系统应用在移动电话、养蜂箱、盆栽植物、林业育苗、电磁育种、林业育苗等领域的装置。科研机构方面，清华大学、北京工业大学、中国科学院的申请量较大。例如中科院公开了约26件相关专利，涉及太阳能塔式热发电站用高温吸热器、流化床高温吸热器、“吸热-储热”双流化床系统、承压式空气吸热器、充电储能控制器、最大功率跟踪器及控制方法、混合能源发电系统等。国外企业方面，日本、韩国、德国、美国企业申请量较大。例如，佳能株式会社公开了约37件相关专利，涉及变压器集合体、使用它的电力变换装置和太阳能发电装置，太阳能发电装置及其制造方法和太阳能发电系统，检测太阳能发电系统接地故障的装置和方法，太阳能发电系统的电力控制装置，太阳能电池组和光电发电系统，太阳能发电系统等。国内企业方面，皇明、尚德、Gaia、力诺瑞特、合合、新鸿华等发表相关专利申请文