光伏組件散熱專利技術(shù)綜述

何大波+吳旭東+韓玲

【摘要】 本文以光伏組件散熱為研究對(duì)象，介紹了光伏組件散熱技術(shù)的整體狀況，分析了專利申請(qǐng)狀況、各技術(shù)分支的專利申請(qǐng)，力求還原光伏組件散熱技術(shù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及尋找該領(lǐng)域未來發(fā)展的熱點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 光伏 散熱 專利分析

一、光伏組件散熱概述

研究數(shù)據(jù)表明：電池溫度每上升1℃，晶硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率就會(huì)下降約0.4%，非晶硅電池大約會(huì)下降0.1%[1]。另外，電池在達(dá)到其運(yùn)行溫度上限后，電池溫度每上升10℃，晶硅電池的老化速率將增加一倍。因此，電池的冷卻方式是電池研究和制造中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，光伏電池常見的散熱手段表現(xiàn)為自然冷卻和強(qiáng)制冷卻。自然冷卻安裝方便，造價(jià)低，但冷卻效果有限[2]，強(qiáng)制流動(dòng)冷卻效果比自然對(duì)流好[3]。除此之外，還包括熱管散熱技術(shù)，液浸散熱技術(shù)[4]等等。

二、光伏組件散熱技術(shù)分解

首先通過瀏覽專利文獻(xiàn)并參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)非專利文獻(xiàn)，對(duì)光伏組件散熱所涉及的技術(shù)分支進(jìn)行分解（表1），然后采用各分支的檢索策略，在CNABS中文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)及DWPI檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索得到本文所要研究的初步專利數(shù)據(jù)樣本，最后經(jīng)過人工篩選得到最終所要分析的專利數(shù)據(jù)樣本。

三、光伏組件散熱技術(shù)專利分析

3.1 專利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

從圖中可以看出，總體上，專利申請(qǐng)量可以分為三個(gè)階段：2005年以前為第一階段，每年的申請(qǐng)量較少，這是由于光伏發(fā)電還處于起步階段；2005年-2010年為第二階段，申請(qǐng)量出現(xiàn)了大幅度的增長(zhǎng)，屬于高速發(fā)展期；2010年-2015年為第三階段，申請(qǐng)量的增速出現(xiàn)回落，但總體上的申請(qǐng)量還是在增長(zhǎng)。從國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)量的對(duì)比來看，全球申請(qǐng)量的趨勢(shì)基本上由國(guó)內(nèi)申請(qǐng)所主導(dǎo)。特別是在第二、三階段，由于中國(guó)的爆發(fā)式增長(zhǎng)和增長(zhǎng)變緩，直接導(dǎo)致全球申請(qǐng)趨勢(shì)的變化。近年來光伏發(fā)電發(fā)展最快的國(guó)家正是中國(guó)。

3.2主要原創(chuàng)國(guó)和地區(qū)/目標(biāo)國(guó)和地區(qū)申請(qǐng)量分析

在光伏散熱技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)的申請(qǐng)量最大，排名前五位的還有歐洲、美國(guó)、韓國(guó)、日本，排名第六、七位的中國(guó)臺(tái)灣、澳大利亞也有一定量的申請(qǐng)；而其他國(guó)家的申請(qǐng)量已經(jīng)微乎其微。技術(shù)目標(biāo)國(guó)和地區(qū)表征了一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的市場(chǎng)在該領(lǐng)域的重要程度。以中國(guó)為目標(biāo)國(guó)的專利申請(qǐng)最多，標(biāo)志著中國(guó)具有很大的消費(fèi)市場(chǎng)。前五位目標(biāo)國(guó)的順序基本沒有變化，而這些國(guó)家和地區(qū)均屬于重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)且原創(chuàng)申請(qǐng)量大的國(guó)家。而排名前十的國(guó)家中，澳大利亞和印度的原創(chuàng)申請(qǐng)量很小，但作為目標(biāo)地區(qū)的申請(qǐng)量卻很大，這是由于這兩個(gè)地區(qū)均具有豐富的太陽(yáng)能資源，擁有較大體量的市場(chǎng)，屬于企業(yè)需要重點(diǎn)布局的地方。加拿大與巴西也均屬于這類情況。

3.3技術(shù)分支專利量分析

從圖可以看出，熱交換器冷卻和強(qiáng)制對(duì)流冷卻排在前兩位，而這兩種冷卻方式均屬于主動(dòng)冷卻，冷卻效果好是主動(dòng)冷卻的最大特點(diǎn)，所以也成為了企業(yè)的重點(diǎn)研究對(duì)象。采用散熱板技術(shù)的自然對(duì)流冷卻由于其技術(shù)簡(jiǎn)單，無能源消耗，一般與其它技術(shù)一并工作，單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行研究的專利申請(qǐng)非常少。對(duì)于分頻過濾、相變材料、流道的利用，這類技術(shù)由于屬于被動(dòng)冷卻技術(shù)，運(yùn)行時(shí)不需要消耗能源，同時(shí)故障率也較低，對(duì)光伏電池的保護(hù)穩(wěn)定性較高。對(duì)于熱電冷卻、相變儲(chǔ)能冷卻屬于次新技術(shù)，具有一定量的申請(qǐng)；對(duì)于改進(jìn)電池表面材料來進(jìn)行散熱屬于新技術(shù)，目前申請(qǐng)量最少。

結(jié)論：本文介紹了光伏組件散熱技術(shù)的原理及其技術(shù)分支，并對(duì)其相應(yīng)的專利技術(shù)進(jìn)行分析和整理，重點(diǎn)關(guān)注了該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)。分析表明目前的光伏組件散熱技術(shù)已經(jīng)比較成熟，特別是利用傳統(tǒng)的散熱手段，并且對(duì)太陽(yáng)能的利用也盡量最大化；未來應(yīng)當(dāng)在散熱新技術(shù)以及結(jié)合光伏發(fā)電自身特性上進(jìn)行研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] SKOPLAKI E，PALYVOS J A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance：a review of efficiency/power correlations[J]. Solar Energy，2009，83（5）：614-624

[2]肖澤成 等. 太陽(yáng)電池冷卻及光伏/光熱一體化技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 電力與能源，2011，32（5）：397-401

[3] 張曉霞 等. 太陽(yáng)能光伏電池在聚光條件下冷卻方式的研究. 沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2008，24（6）： 1091-1098

[4] 韓新月 等. 液浸對(duì)聚光硅太陽(yáng)電池電性能的影響[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2013，34（5）：752-757endprint