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光伏电池组件专利概况和诉讼分析
发布时间:2018-01-28 来源:工业和信息化部电子知识产权中心

 

1.  引言

    随着石油、煤炭一次能源的消耗,储藏量逐年减少,二次能源和清洁能源的发展成为了必然要求。在这种形势下,太阳能作为一种取之不竭的清洁能源得到了广泛的应用。光伏电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池组件(太阳能电池板)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件。太阳能电池组件主要由太阳能电池片、钢化玻璃、EVA、背板、接线盒以及铝合金边框等构成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小,需要把他们先串联获得高电压,再并联获得高电流后,然后通过一个二极管输出,再用钢化玻璃、EVA及TPT热压密封,周边加装铝合金边框,使其具有抗风、抗冰雹能力强、安装方便等特性。这个整体称为组件,也就是光伏组件或太阳电池组件。

    太阳能电池组件的种类较多,一般有以下几种分类。按照用途的不同可分为普通型太阳能电池组件和建材型太阳能电池组件;按照封装材料和工艺的不同可分为环氧树脂封装电池板和层压封装电池组件;根据电池片所用材料不同,可分碲化镉薄膜太阳能电池组件,铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件,单晶硅太阳能电池组件,多晶硅太阳能电池组件等。光伏电池组件的制造可以分为电池片制造和电池片外围制造。电池片制造是专指电池片的制造,如硅层,玻璃衬底等。而电池片外围制造是指接线盒、边框等外围的制造,以及由这些部件与电池片一起,经过串并连接,封装而成的过程和方法,如边框设计,组装流程等。

    本文意在分析太阳能电池组件行业的专利总体状况,并对典型的诉讼案例进行解析。

2.  太阳能电池组件总体专利状况

    检索时间范围:专利文献公开起止日期为1991年1月1日—2012年6月30日。由于专利从申请到公开有一段时间,最近2年的数据会比实际数据要少。检索地区范围:中国、美国以及欧洲专利局。

(一)专利主要分布在中国 

图1 太阳能电池组件专利地区分布

    由上图可以看出,在全球5383件专利申请中,在中国申请的专利数量最多,占中美欧三地区全部申请的45%,美国次之,为36%,欧洲最少,占19%。而在中国申请的专利中,发明专利占63%,为1524件,实用新型专利占37%,为908件。

    中国作为光伏电池组件厂商的后起之秀,已经超越其他国家成为最大的生产基地。随着产业的发展,企业在中国的专利申请量也逐渐上升。另外,中国的企业以组件加工为主要业务,组件组装等属于下游的环节,中国企业的大量介入,也是专利申请量大的原因之一。

(二)2005年之后各地区专利申请量出现快速增长

图2 中美欧专利申请年度分布

     从上图可以看出,美欧地区专利申请开始较早,发展平稳,专利申请量逐年上升,从2007年开始专利申请量出现大幅激增。而中国的专利申请起步较晚2005年以前仅有极少量的专利申请,而2006年的专利申请量就已经超过美国和欧洲,跃居三个地区之首,在2010年专利申请量更是比2009年增加了一倍。中美欧三个地区的专利申请都有增长,中国的专利申请量增长最快,量也最大。

    在2005年以前,主要发达国家已经有支持光伏发电的政策。旨在减少温室气体排放的《京都议定书》于2005年2月16日正式生效。欧盟、日本以及未签字的美国等发达国家,都积极发展可再生能源,这期间的专利申请主要以欧美地区为主,因为这些地区是光伏电池的主要生产地和主要市场。而中国对太阳能电池的研究起步于1958年,20世纪80年代末期,国内先后引进了多条太阳能电池生产线,使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW,这种产能一直持续到2002年,产量则只有2MW左右。2002年后,欧洲市场特别是德国市场的迅速扩大给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇。在世界光伏市场的强力拉动下,中国太阳能电池制造业通过引进、消化、吸收和再创新,获得了长足的发展。产业的发展刺激了专利申请的增长。

(三) 专利主要集中在铜铟镓硒和晶硅类太阳能电池组件

图3 太阳能电池组件专利种类分布 

    欧美中三个地区的专利申请主要集中于CIS(铜铟硒)/CIGS(铜铟镓硒)薄膜电池、晶体硅电池和聚光电池。而柔性电池、异质结电池和有机电池,申请量占比不多。从申请数量来看,薄膜电池组件已逐渐成为主流研发热点。而薄膜电池专利申请量中,以CIS(铜铟硒)/CIGS(铜铟镓硒)薄膜电池和聚光电池的申请量占比最大。另外,咨询机构预测2016年,全球CIGS电池的产能,将达到200亿元人民币左右,成为最大规模薄膜电池产业之一。

(四) 国内受理的专利主要以晶硅组件为主

图4 国内受理太阳能电池组件专利种类分布

    国内申请人申请的专利中主要集中于多晶硅电池、聚光电池和CIS(铜铟硒)/CIGS(铜铟镓硒)薄膜电池,可见国内申请人主要申请多晶硅电池领域的专利,其次为聚光电池和CIS/CIGS薄膜电池,光伏电池发展主要以晶体硅为主。

    近年来,中国大量企业介入晶硅电池行业,主要生产组件,而在铜铟镓硒薄膜光伏电池、碲化镉薄膜光伏电池、有机太阳能电池能前瞻性研究上投入较少。与美欧地区比较可见,中国偏向于成熟产业的制造,而在预研方面投入少。

(五) 从组件外围制造角度看,专利主要集中在组件结构领域

图5 组件外围制造专利分布

    太阳能电池组件可分为电池片制造和外围制造两部分。电池片生产完成后,还需要与一些外围设备进行组合封装。电池片外围制造的部件和方法包括组件结构,电池片连接,组件安装,电极制造,层压,吸收层,叠层结构,中间膜,散热部件,背板,边框,接线盒,焊接,以及检测方法等。从上图可以看出,组件结构方面的专利居多,占比为59%,电池片连接占21%,组件安装占3%,电极制造占3%,余下类别专利占比较少。其中,组件结构方面的专利主要涉及组件整体的封装方法和结构,光伏企业在这一方面专利产出较多,电池片连接专利涉及电池片连接方式的技术,组件安装涉及组件的安装和加固技术和电极制造涉及电极结构和制造方面的技术。焊接工艺、组件接线盒、组件检测方法、组件边框和组件背板方面,由于技术比较固定,不属于组件生产厂商的强项,创新较为困难,因此专利产出较少。

(六) 中美欧三地区的申请人以中日企业为主 

图6 专利申请数量排名 

    从上图可以看出,中美欧三地区专利申请排名前十的公司中,五家日本企业,三家中国企业,一家美国企业和一家韩国企业。其中常州天合和CSI阿特斯都是外资公司。从数据可以看出,光伏电池组件领域中的大量专利都掌握在日本企业和美国企业手中。

    三洋电机于1947年成立,现在隶属于松下(Panasonic)集团。1997年三洋推出内置异质结面薄膜(HIT,Heterojunction with Intrinsic Thin layer)技术,其效率仅次于太阳能技术领军企业Sun Power的太阳能电池效率。HIT太阳能电池为三洋电机采用自家特殊结构、结合结晶型及薄膜型特点研发而成的太阳能电池。三洋一直致力于HIT太阳能电池的研究,并取得了显著成效。

    佳能(Canon)是全球领先的生产影像与信息产品的综合集团,成立于1937年。2007年,佳能收购有机EL(OLED)显示器制造厂日本TOKKI,TOKKI主要从事有机EL显示器制造装置和薄膜太阳能电池制造装置的开发、制造及销售。目前Canon Tokki Corporation的业务之一是制造生产薄膜光伏电池的设备。

    夏普公司(Sharp Corporation)是一家日本的电器及电子公司,创业于1912年。太阳电池本部是夏普目前在日本有六大生产部门之一。夏普在太阳能电池方面的研究处于行业前列。2012年6月,夏普公司宣布研发成功转换率达43.5%的太阳能电池。2012年12月,夏普公司还宣布研制成功转换率为37.7%的3接面太阳能电池(Triple Junction Compound Solar)。

(七) 国内受理的专利最多的是常州天合 

图7 国内受理专利数量申请人排名

     前10位申请人中,国内申请人占了6位,分别为常州天合光能有限公司、阿特斯、无锡尚德、英利集团有限公司、福建钧石能源有限公司和江西赛维LDK。日本申请人占了3位三洋电机株式会社、夏普株式会社和佳能株式会社。美国申请人仅1位,即杜邦。对比光伏产能情况来看,2010年全球产能排名前十的尚德、夏普、英利、天合和阿特斯在华申请专利居多。

    常州天合光能有限公司(Trina Solar Limited,TSL)自1997年成立以来,一直是中国光伏行业的领军企业。天合光能的产品覆盖欧洲多个国家(如德国、西班牙、意大利、荷兰、法国和比利时)。

    CSI阿特斯(Canadian Solar Inc.)是在一家加拿大注册的光伏公司。主要业务是太阳能转换为电能的光伏产品的研发、制造、销售和售后服务。自2001年以来,CSI阿特斯先后在中国建立了三家独资企业:CSI阿特斯光伏电子(常熟)有限公司,CSI阿特斯光伏科技(苏州)有限公司,CSI阿特斯太阳能光电(苏州)有限公司。CSI阿特斯主要生产在住宅、商用、工业等领域广泛应用的太阳能光伏产品及太阳能发电应用产品,并为其他光伏厂商进行OEM加工。

    无锡尚德太阳能电力有限公司(简称尚德电力)由施正荣博士于2001年1月建立,是一家集研发、生产、销售为一体的外商独资高新技术光伏企业,主要从事晶体硅太阳电池、组件、光伏系统工程、光伏应用产品的研究、制造、销售和售后服务。但尚德电力于2013年3月18日申请了破产重组。 

 

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