1971～2010年全球太阳能专利技术竞争趋势分析及预测

大连理工大学公共管理与法学学院暨WISE实验室 ■ 栾春娟

《太阳能》杂志编辑部 ■ 李鹏

一 引言

太阳能作为重要的可再生能源之一，随着世界能源供需的日趋紧张与环境对可持续发展不断提出的新要求，逐渐受到全球多数国家政府和能源研究部门的高度重视，许多国家将其列为重要的战略性新兴产业之一予以重点扶持和发展。1954年美国贝尔实验室研制出6%实用型单晶硅电池，1955年以色列Tabor成功研制选择性太阳吸收涂层，这两项重大的太阳能应用技术的突破，是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。自20世纪70年代以来，开发利用太阳能成为各国可持续发展战略的重要内容，全球许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。国内外学术界也对太阳能的开发利用给予了极大的关注。已有的研究成果主要集中在有关太阳能技术的研究进展分析[1～7]、太阳能技术路线图研究[8]、太阳能技术发展的政策与对策分析等[9～11]。笔者尚未发现利用全球太阳能专利数据对全球太阳能技术发展趋势进行分析和预测的相关研究成果。

本研究拟运用世界权威专利数据库《德温特创新索引》中的专利数据，借鉴世界知识产权组织关于太阳能专利技术的IPC分类检索策略，运用统计与回归分析方法、技术领域共现分析方法和高产专利权人共被引分析等方法，对全球太阳能技术的发展趋势进行分析和预测，以期对我国太阳能专利技术的发展与突破起到借鉴和参考作用。

二 专利申请总量的指数增长趋势

1944年，E·赖德发现美国主要大学图书馆的藏书量平均每16年翻一番。之后，D·普赖斯将这一发现推广到科学知识的全部领域，提出一些科技指标每过若干年翻一番的发展规律，即科技指数增长规律。随着科技指数增长规律的提出，国内外学者对许多科学领域的发展进行了该规律的验证研究[12～15]。但这些相关的研究中，探讨科学指数增长规律的研究成果较多，而探讨技术增长指数规律的相对较少。赵红洲与唐敬年按照《简明世界科学技术史年表》与《科学技术史年表》等文献资料中所列的技术成果数量，统计分析了高新技术发展的指数规律和古代与近代技术增长的指数规律[16]。

通过检索，绘制的全球太阳能专利申请数量分布曲线如图1所示。在1971～2010年期间，全球太阳能专利申请可划分为四个阶段。Ⅰ阶段(1971～1981年)为萌芽期。该阶段年度专利申请数量在9～534项，太阳能专利技术尚处于一个低速发展阶段。Ⅱ阶段(1982～2001年)为成长期。1982年全球太阳能专利申请首次突破1000项，为1169项；而后呈稳步的持续发展态势。2000年专利申请数量达到4493项。Ⅲ阶段(2002～2006年)为高速发展阶段。2002年专利申请首次突破5000项，达到6551项；接下来4年的专利申请数量也都比较高；2006年达到7703项。Ⅳ阶段(2007～2010年)为飞速发展阶段。2007年专利申请首次突破10000项，为10222项。而后呈飞速发展阶段，2010年达到21339项，突破了20000项。

对全球太阳能专利申请数量的分布进行指数趋势回归分析，结果显示，拟合优度为0.847，较接近于指数增长的发展趋势。

三 专利申请人总量的指数增长趋势

1971～2010年间全球太阳能专利申请人数量变化趋势如图2所示。大致可分为三个阶段。第一阶段为1971～2001年。该阶段专利申请人数量呈持续稳步、较低速度增长的发展态势，到2000年和2001年时，专利申请人已超过了2000个。第二阶段为2002～2006年。2002年专利申请人数量突增至5004个，首次突破5000个。之后4年间持续保持着较高数量的稳步发展。第三阶段为2007～2010年。2007年专利申请人再一次突增至6673个，而后几年持续高速增长；2009年和2010年专利申请人已突破10000个。

对全球太阳能专利申请人数量的分布进行指数趋势回归分析，结果显示，拟合优度为0.925，非常接近于指数增长的发展趋势。

四 DC技术领域数量、SA学科领域数量的对数增长

DC是由德温特的专业人员为专利标引的代码，该代码级别层次统一，具有准确性和合理性。1971～2010年全球太阳能专利的德温特代码(DC)技术领域和SA学科领域的发展趋势分布与回归分析结果如图3所示，DC技术领域数量和SA学科领域数量都呈对数增长趋势。

在太阳能专利技术发展的初始阶段，DC技术领域数量与SA学科领域数量增加速度都很快，但又迅速趋近于平缓。这说明进行太阳能专利技术研发的领域与相关学科逐渐趋于稳定。

五 2007～2010年全球太阳能专利申请人前30强

为使公司名称标准化，德温特为全球2万多个公司分派了一个唯一的4个字母的代码。如SHAF就包括了夏普公司及其全球的分支研发机构，即包括以下专利申请人具体名称：

SHAF SHARP CORP

SHAF SHARP CORP KK

SHAF SHARP DO BRASIL IND EQUIP ELETRONICOS SA

SHAF SHARP ELECTRONICA ESPAN SA

SHAF SHARP ELECTRONICS CO LTD

SHAF SHARP ELECTRONICS CORP

SHAF SHARP KK

SHAF SHARP LAB AMERICA INC

SHAF SHARP LAB EURO LTD

SHAF SHARP MFG CO UK

SHAF SHARP MFG SYSTEM KK

SHAF SHARP MICROELECTRONICS TECHNOLOGY INC

SHAF SHARP NIIGATA CORP

SHAF SHARP NIIGATA DENSHI KOGYO KK

SHAF SHARP NIIGATA ELECTRONICS CORP

SHAF SHARP TAIWAN ELECTRIC CO

SHAF SHARP TAKAYA DENSHI KOGYO KK

SHAF SHARP TECHNO-SYSTEM KK

表1 2007～2010年全球太阳能专利申请人前30强

由于德温特专利数据库有限定，每次最高检索10万条数据，超出部分则不再显示。而1971～2010年的全球太阳能专利数量已超10万条。因此以2007～2010年为检索时间跨度，选择标准化后的公司名称代码，确认全球太阳能专利申请人前30强。

2007～2010年间，全球太阳能专利总数为65376项，其中产出高出100项的有30个专利申请人(表1)。从表1可以看出，前30强中，近2/3是日本专利申请公司。

六 1971～2010年全球太阳能技术领域影响力最强的专利申请公司

采用引文分析方法，认为专利被引次数高的公司，其影响力更强。对专利产出高于90项的专利申请公司进行被引频次检索，得到被引频次高于1000次的34个专利申请者(表2)。从表2可以看出，影响力最强的专利申请人主要集中于一些日本公司。

七 2010年全球太阳能技术领域共性技术分析

共现分析是建立在相关文献分析的基础上，已有的共现分析研究成果主要是：基于相关文献的共词理论或共引理论对彼此在内容上有直接关联的文献进行聚类、比较和分析，从中识别和抽取有价值的信息[14]。共现分析被广泛应用于科学前沿的探测。共现分析包括合著分析、共词分析和共引分析等。共词分析广泛应用于学科前沿的探测研究；共引分析常用来研究学科知识结构和知识基础；作者共现则用来研究科学、技术合作。虽也有学者将共词分析方法用于技术分析，如设计新产品和技术，绘制韩国机器人技术领域图谱等，但未见有关运用共现分析方法进行共性技术测度的研究成果方面的报道。在本研究中，笔者采用DC对太阳能专利技术进行共现分析。DII数据库中的一条专利记录，常包括多个DC技术领域，借助多个技术领域在同一专利文献中的共现关系，运用大型文献处理软件Bibexcel，可对样本数据的技术领域进行共现分析。

表2 1971～2010年全球影响力前3强的专利申请公司

结果显示：2010年21339项专利共涉及239个不同的DC技术领域，出现的总频次为65096次，平均每个专利文献记录包括3.05个DC代码。选取频次高于100次的51个技术领域，并分析得到这51个技术领域的共现矩阵(表3)。

表3 频次最高的51个技术领域的DC共现矩阵

表3的矩阵反映了51个技术领域彼此之间是否存在共现关系，以及共现的频次。技术领域之间的共现频次越高，表明关系越密切；技术领域的共现伙伴越多，表明其越具有共性技术特征。如DC代码为L03所代表的电镀技术，与半导体技术(U11和U12)共现的次数都很高，表明电镀技术与半导体技术密切相关。电镀技术、半导体技术以及非矿物燃料发电系统技术(X15)，都拥有最多的共现伙伴，表明这些技术在太阳能产业技术领域发展过程中具有很强的共性技术特征。

表4 共现伙伴数量最多的前10项技术领域

运用Microsoft Excel软件中的countif(range,criteria)函数，对表3矩阵中存在共现关系的单元格计数，并按照降序排列，得到每个DC技术领域的共现伙伴数量列表。这里的“共现伙伴数量”是指一个DC技术领域与多少个其他的DC技术领域存在共现关系。其中共现伙伴数量最多的前10项技术领域见表4。

本研究在进行技术领域共现分析时，只考虑了共现伙伴的数量，而没有考虑特定共现伙伴共现频次的高低。共现频次高的技术领域意味着存在更密切的关系。因此在今后类似的研究中，是否应当将共现频次的高低同时予以考虑，以及如何确定其权重，是一个值得进一步思考的问题。

同时，依据表3中的技术领域共现矩阵进行技术领域之间的确切相关系数分析，以此可明确各个技术领域之间的确切关系，这对于太阳能专利技术研发过程中的相关科技人力资源配置、相关学科领域的处理以及实验室的设置等，都具有重要的指导意义。

八 结果与讨论

本研究运用回归分析、引文分析、共现分析等一些研究方法，对全球太阳能专利技术的发展趋势、高产专利申请人和高影响力的专利申请人、太阳能技术领域的共性技术等进行了一些定量分析。分析结果显示：

(1) 1971～2010年，全球太阳能专利申请总量呈接近于指数增长的发展趋势。全球太阳能专利申请人总量呈指数增长的发展趋势。

(2) 全球太阳能专利技术的DC技术领域数量和SA学科领域数量都呈对数发展趋势。

(3) 1971～2010年，全球太阳能专利技术领域，最有影响力的前33个公司主要集中在日本；2007～2010年，全球太阳能专利申请前30强的公司，近有2/3集中在日本。

通过对2010年的21339项专利技术进行共现分析，结果显示：电镀技术、半导体材料等10项专利技术领域，与其他技术领域共现次数最多，可视为是全球太阳能专利技术领域的共性技术。技术领域的相关系数分析，可为相关的专利技术R&D研发以及科技人力资源配置等科技管理工作提供重要的决策参考。

本初步研究主要是一些定量分析，笔者今后将结合定性分析和相关领域的专家意见，做更深入的有关太阳能专利技术领域的研究。

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