光伏太陽能在欄桿中的應用專利技術綜述

謝添

國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心（450000）

光伏太陽能在欄桿中的應用專利技術綜述

謝添

國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心（450000）

通過對光伏太陽能在欄桿中應用基本概念的基礎上，介紹了光伏太陽能在欄桿領域出現的專利進行梳理，并對該領域主要申請人概況及技術發展路線進行了總結。

光伏；太陽能；欄桿

1　基本概念

太陽能光伏發電是太陽能利用的主要方面。光伏太陽能與建筑相結合是應用太陽能發電的一種新概念。在建筑物的欄桿、外墻圍欄上鋪設光伏組件以提供電力，開辟了光伏應用的新領域。光伏與建筑欄桿一體化是指兩方面的內容：一是光伏系統與建筑欄桿發電一體化；二是光伏器件與建筑欄桿材料相結合的結構形式。

圖1　光伏系統與建筑欄桿一體化一例

2　技術發展路線

光伏太陽能在欄桿領域的應用通常表現在欄桿和電池兩個方面，即提高太陽能的利用效率，增加建筑構件的立面美觀度。光伏太陽能在欄桿上的應用功效主要有：安全防護、結構簡單、安裝方便、節能等。

2.1檢索依據

1）檢索數據庫

使用的檢索數據庫為摘要數據庫CNABS、VEN。

2）專利數據的起止時間

文中的專利數據為2014年4月之前公開的專利申請。因為專利申請一般是在提出申請后18個月公開，因此，2014年4月之前的部分申請沒有進行統計。

2.2光伏太陽能欄桿專利申請情況

圖2　專利申請量趨勢圖

圖2為光伏太陽能欄桿發明專利和實用新型專利申請量變化趨勢圖。從圖中可以看出，1999年之前，專利申請量非常少，為技術發展的萌芽期。1999～2005年為技術的成長期，這個階段的專利申請量開始波動上升。2006年至今，為技術的全面發展期，專利申請量開始大幅上升。2010年申請量為45件，達到了近年來的峰值。

圖3　專利主要申請國分布圖

據統計，三個主要的專利申請國——中國、日本和韓國，專利申請量占到了全世界光伏太陽能欄桿專利申請量的80%。由此可見，亞洲國家比較重視發展新能源建設，其中我國的專利申請量最大，占到了全世界專利申請總量的40%，而我國的專利申請開始于21世紀之后，這與我國一直以“可持續發展”為基本國策以及“十一五規劃”、“十二五規劃”期間國家鼓勵大力發展太陽能光伏產業有很大的關系。日本和韓國光伏太陽能欄桿專利申請量，分別占全世界的28%和11%。

2.3對光伏太陽能欄桿領域專利進行梳理

1）將太陽能光伏組件應用于欄桿最早出現于20世紀70年代，此時光伏太陽能在建筑欄桿領域的應用主要是將太陽能光伏組件安裝在欄桿的立面上，如FLAVIGNY HENRI于1976年10月11日申請的專利，為“陽臺踏腳板與太陽能集熱器的結合”。技術手段及效果：將一體的太陽能接收器傾斜地設置在陽臺或階地的踏腳板外表面，主要是用于集熱。

2）將光伏太陽能組件附加至原有的欄桿上，一方面安裝線件比較多，增加額外的荷載；另一方面會影響立面的美觀，所以光伏組件在建筑上應用的主要發展方向為光伏建筑一體化。

進入21世紀，光伏建筑一體化已經達到了全面發展時期。如YKK ARCHITECTURAL于2000年11月24日申請的專利為“太陽能發電模塊的安裝結構”。技術手段及效果：從太陽能發電模塊上邊突起有接線盒，接線盒與從框架的主要構件形成開口以及支撐結構連接。不需要輔助設施即能安裝太陽發電裝置，減少了安裝組件。

再如，PFEIFFER GUENTER于2001年3月24日申請的專利為“利用太陽能發電的以柵欄的形式使用光伏組件”。技術手段及效果：將單面的或雙面的太陽能電池線件安裝在柵欄構件上。該結構安裝簡單、成本低，可以減少表面的安裝組件，利用太陽能發電。

3）光伏太陽能組件不僅可以應用在建筑物的欄桿上，也可以用于野外設施，如山道的欄桿等。如JAE KJ于2010年5月28日申請的專利為“山道的照明設備”。技術手段及效果：在第一級臺階的頂端設置太陽能電池，電存在蓄電池中，第一臺階設有壓力傳感器，欄桿柱的上端設計有LED照明燈泡，給登山者提供安全。

4）因為每天的不同時段及每年的不同季節，太陽光的照射角度及照射強度不同，為了充分利用太陽光，出現了太陽光照角度可調的光伏組件。如SU SS于2011年12月28日申請的專利“用于建筑物室外陽臺的太陽能收集裝置”。技術手段及效果：根據季節調整安裝在陽臺欄桿上的太陽光收集板的角度，提高熱量的收集效率，通過使用透明太陽電池組確保陽臺的美學效果。

3　主要申請人概況及技術發展路線

SEKI為日本積水株式會社，ASAG為日本AGG硝子建材株式會社，KURS為德國可樂麗歐洲有限責任公司，CHAN-N為常州一品千秋門欄科技有限公司，KANF為日本鐘淵化學工業株式會社，SHAF為日本夏普公司。

光伏太陽能欄桿領域的全球申請人較多，個人申請也比較多，可見現在全球都比較重視光伏產業的發展。圖4為主要申請人專利申請量比較圖，從圖中可以看出，在全球申請量排前六的申請人中，日本申請人有三個，且日本積水株式會社的申請量為13項，遠大于其他排名前六的國家，如并列第二名的申請人專利申請數量為5項和并列第三名的申請人專利申請量為4項。結合圖2和圖3可知，我國雖然是專利申請量大國，但是專利申請人的集中度不高，這一方面說明我國研究光伏太陽能欄桿的人數比較多，技術普及較廣；另一方面申請人集中度不高，不利于技術的可持續發展。雖然我國申請人的申請數量進入全球前六的排名，但是申請量最多的申請人也只是排至并列第三，與排名第一的日本積水株式會社還有較大差距。由此可見，日本在光伏太陽能產業的發展處于世界領先水平。如果我國想要在光伏產業有較快發展，可以重點研究日本在光伏產業方面的技術。

圖4　主要申請人專利申請量比較圖

下面重點就日本積水株式會社的專利申請情況，分析其技術發展路線。圖4中統計的日本積水株式會社的專利申請量為積水化學、積水樹脂和積水建筑專利申請量的總和。

1）日本積水株式會社于2000年申請了三項專利。

①9月2日申請專利主要技術手段及效果：太陽電池板安裝在陽臺外部的欄桿上，太陽電池板的底部為檐溝。下雨的時候雨水從太陽電池板流入檐溝，不會直接落在地面上，不會使過路人產生不舒服的感覺。

②10月12日申請專利主要技術手段及效果：安裝在欄桿上的太陽電池板相對于欄桿傾斜60°± 10°，可以增加太陽光的接收量，發電能力提高約15%，并且美觀。

③12月7日申請專利主要技術手段及效果：太陽能電池板安裝在透明防雪板的上表面，電力的使用更加高效，車輛運行更加安全，顯著減少維修費用。

2）21世紀的前十年，日本積水株式會社申請了12項專利，主要集中在通過調節欄板的角度，提高太陽能的接收量和利用率。

3）2012年至今，日本積水株式會社申請了一項專利，其主要技術手段及效果：用于獨立式住宅和房間的陽臺，導管通過護壁的內部，使電纜和太陽能電池板安全連接，防止電纜破壞。

從日本積水株式會社專利申請的情況可以看出，其早期申請中，太陽能電池板作為陽臺的一個結構部件，起輔助防水、防雪等作用，但是隨著時間的推移、研究的深入，其研究的重點逐漸轉為如何提高太陽能的利用率，如何保證使用的安全。

4　總結

太陽能技術與建筑的結合能補充建筑本身的能源消耗，從而有效地減少占總能耗30%的建筑能耗。光伏電池板或集熱器安裝在建筑屋頂或立面上，不需要額外開發建設占地，節省了土地資源，原地安裝、原地供能，不需要另外架設輸電線路和熱水管道。太陽能光伏系統除保證自身建筑內用電外，還可以向電網供電，減少了高峰電力需求，杜絕了由一般化石燃料發電所帶來的嚴重空氣污染，這對于大自然及人類的未來發展有著極為重要的意義。

由近年來光伏太陽能欄桿專利申請量保持較高水平可以看出，該項技術具有巨大的經濟價值和社會意義，我國的企業可以在如何提高太陽能的使用率和轉化率方面，以及如何保證電力傳輸的安全方面進行深入的研究。

［1］王春蘭.替代陽臺欄桿的太陽能熱水系統在嘉普通誕生.

［2］倪建華.平板—真空管式太陽能集熱器.

［3］梁盼，鞠睿，路曉明.太陽能光熱光電轉換與建筑欄桿一體化系統設計.

［4］江猛，30平米太陽房能量系統理論與實驗研究.