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光伏电池组件专利概况和诉讼分析
发布者:超级管理员    发布时间:2013/10/27    阅读:1978

 

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)。

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。

典型诉讼分析

    随着近年来太阳能电池组件专利的迅速增长,以及全球市场环境的恶化,光伏产业相关的专利诉讼呈现高发态势。企业发起诉讼,其目的可能是:维护正当利益,获得赔款;扩大自身的影响力;将竞争对手赶出市场或者打压市场份额;警示威胁竞争对手,阻挡其扩张速度;获得交叉许可;将对方的专利无效。专利诉讼已成为企业的竞争手段之一。下表是近年来发生的诉讼案例。这9件专利诉讼,一共涉及专利15件。从年份看,2012年和2011年各4件,2009年1件。从起诉地区看,美国是专利诉讼的主要战场。而从审理的法院看,主要集中在加州。从技术角度专利看,有5件与太阳能电池板安装相关,1件是整合式光电数组的基板与共集栅状结构,1件关于光伏电池电极材料,1件涉及太阳能热水器应用,7件与太阳能灯具相关。诉讼主要集中在电池板安装和应用领域。

表1 近年发生的光伏诉讼案例

 

案例一:西屋太阳能vs阿特斯和Zep Solar

    涉诉专利为US7406800以及US7987641,这两项专利的名称都是“太阳能电池板的安装系统”,专利发明人为Barry Cinnamon以及Emanuel Levy,专利所有权属Westinghouse Solar的子公司Andalay Solar。这两项专利主要涉及多个太阳能板的连结技术,并透过电气接地设计可降低能源输送时产生的损耗,主要用于简化太阳能电池板的安装以及降低安装成本。该337调查于2012年6月28日达成和解。

    西屋太阳能和Zep Solar的专利纠纷历来已久。早在2009年10月20日Westinghouse Solar的前身Akeena Solar公司曾以专利US7406800向Zep Solar提出诉讼。而Zep Solar向美国专利局要求复审专利US7406800,专利无效审查请求成功的削减了专利US7406800的专利权项12项中的9项专利权要求,之后,针对剩下3项专利权项,Zep Solar再提出第二次复审,目前复审尚在进行中。US7406800被无效的权利要求分别是第1到第4,第7到第9,第11和第12项,未被无效的只有第5,第6和第10项权利要求。12项权利要求分别如下。

表2 专利US7406800的权利要求

 

    Zep Solar在2011年8月2日向加州北部联邦地院提出专利US7987641的无效诉讼,并且也对专利US7987641提出复审要求,目前该案暂停等待复审结果。

    西屋太阳能是美国本土企业,规模并不大,美国是主要市场。而对于阿特斯,美国是重要的出口市场。2011年,阿特斯对美国的出口量占公司总产量的12%。两家企业在美国的市场竞争是本次诉讼的根本动力。

表3 西屋太阳能vs阿特斯和Zep Solar的诉讼信息

 

案例二:Blue Sunny Skies vs PV Thermal Solar

    2012年6月26日,设立于美国特拉华州的三家公司Blue Sunny Skies,Sun Energy Partners I(前身为McConnell Energy Solutions)以及Blue Solar向特拉华州联邦地院提起专利侵权诉讼,控告PV Thermal Solar,MJM Fabrications以及个人Dave Lewenz侵犯Blue Sunny SkiesLLC所拥有的太阳能面板系统架设专利US6968654B2,并涉及不当得利与民事侵权行为等。这是一起多家公司联合控告多家公司的集体诉讼行为。

    专利US6968654B2名称为“太阳能面板架设结构、太阳能面板系统以及其制造与装设方法(Solar panel mounting structure, solar panel system, and methods of making and installing thereof)”,于2005年11月29日授权,发明人是Michael J. Moulder与Eugene S. Taylor, Jr.,原始权利人为本案原告之一的McConnell Energy Solutions,于2008年2月4日将本案涉及专利权利移转给另一原告Blue Sunny Skies。

    本案涉及的产品是名为Solar Dock R的太阳能面板系统。根据诉状指出,本案的原告与被告之间存在复杂的商业与法律关系:本案涉及专利发明人之一的Michael J. Moulder成立了被告公司MJM,其制造并提供材料给原告来制造Solar Dock R系统,而另一个人被告Lewenz则曾与原告间存在合同关系,负责Solar Dock R系统的推广与营销。Lewenz与Moulder于2011年2月共同创立了被告公司PV,进行推广贩卖与Solar Dock R系统近似的Solar Rac2系统。同时,在Solar Dock与Dave Lewenz双方的合同有效期内,由前者提供后者资源去洽谈企业客户。

    Solar Dock R太阳能面板系统的特点是,可以最大到35度的倾斜角来架设太阳能面板,且易于架设安装。而原告Solar Dock除了控告侵犯本案涉及的专利权利外,其亦根据其所提出的前述事实,控告被告涉及不公平竞争、不当得利和共谋侵权等行为,并控告被告MJM涉及侵占本该供应给Solar Dock之制造材料而挪为他用,以及被告PV涉及违反Solar Dock与Lewenz间的合同关系。

    2012年10月23日,Blue Sunny Skies撤销了诉讼,该诉讼结束。

表4 Blue Sunny Skies vs PV Thermal Solar诉讼信息

 

    专利US696854作为McConnell Energy Solutions的重要专利,有9件同族专利。这9件同族专利分别布局在美国,中国,欧洲,中国香港地区,还有WO申请,可见BLUE SUNNY SKIES公司对这个专利布局的重视,也凸显出这个专利的重要。该专利被16件专利引证,涉及到12家光伏企业,可见这件专利的影响比较广,在太阳能电池板安装方面比较重要。

结论

2004年后,光伏电池产业规模和专利申请量均迅速增长

    2004年以来,光伏产业得到迅猛发展,2004年光伏电池产量第一次达到1000mw,2008年较上年增长了89%,2009年全球光伏电池生产达10700mw(10.7gw),比上年增长51%。随着产业界的繁荣,专利的申请量也在逐年增长。1998年专利的申请量比1997年增加了一倍,而到了2004年以后,专利的申请量更是呈现指数型增长。

美日企业是专利申请的主要力量

    在全球专利的申请人分布可以看出,排名前10的公司中,有五家日本企业和一家美国企业。从数据可以看出,光伏电池领域中的大量专利都掌握在日本企业和美国企业手中。2005年以前,世界光伏电池制造主要集中在日本、德国、美国、西班牙等发达国家,其中日本2005年光伏电池产量达到833mw,占据了世界光伏市场份额的近半壁江山。通过对三洋电机、佳能和夏普三家日企的深入分析,发现佳能在2000年以前申请了大量专利,但从2000年以后逐渐撤出太阳能电池业务,近几年专利申请量都为零。三洋和夏普作为日本四大太阳能光伏组件供应商之一,专利申请量逐年增加。

2004年后在华专利申请增长迅猛,中国已成为专利重点布局区域

    2004年-2010年间,在华专利申请量迅猛增加,中国已成为光伏电池组件专利布局的重点地区。中国地区的专利申请量占据首位,45%的比例超过美国地区近10%。技术分类来看,光伏电池组件制作方面的专利占据了绝大部分比例,为光伏电池领域的主要技术点。

组件安装领域专利诉讼高发

    光伏电池组件诉讼集中在组件安装领域,涉诉专利同族布局广泛。从案例涉及的专利看,集中在易于发现和模仿的组件安装领域,而不是技术门槛较高的电池片制作领域。美国是诉讼高发的地区,我国企业应加强在美国市场的专利布局,并加强对美国企业专利布局动向的关注。

国内企业应加强专利储备,并积极开拓澳洲和非洲等新兴市场

    面对市场环境的恶化和大量专利的在华布局,国内企业应提高国内申请专利质量,加强知识产权储备。在国内,太阳能电池及其组件专利中,国内本土发明专利占发明专利申请总量不足60%,其余发明专利均来自国外企业。而在实用新型专利申请上,我国企业却占到98%以上。此外,光伏建筑一体化已成为重点研究领域,应注重该领域内的专利申请,以抢占知识产权制高点。

    目前中国企业在美国和欧洲均遭遇反倾销诉讼,市场环境恶化,势必需要寻找新的市场。日本,澳大利亚和非洲是可以考虑的重点市场。日本市场方面,本土企业的专利实力不菲,难度较大。而在澳大利亚和非洲,目前还不是主要战场。但是国外企业在这些地区已经有专利布局,澳大利亚446篇,日本1305篇,墨西哥101篇,南非59篇。国内企业应积极在澳洲,非洲,北美的墨西哥和南美洲等新兴市场的进行专利布局,尤其是光伏组件安装方面。