Innerhalb von drei Jahrzehnten ist die Zahl der Photovoltaik-Erfindungen auf mehr als das Siebzehnfache gestiegen

Der jüngste Technologieanalysebericht der EPA-Beobachtungsstelle für Patente und Technologie offenbart den deutlichen Anstieg der Erfindungstätigkeit im Photovoltaik-Segment in den vergangenen drei Jahrzehnten.  

Infolge der weltweiten Anstrengungen für mehr Nachhaltigkeit und Energiesicherheit, kombiniert mit neuen Technologien und sinkenden Produktionskosten, konnte die Photovoltaik in den letzten Jahrzehnten ein signifikantes Wachstum verzeichnen. Fortschritte bei Werkstofftechnik, Speicherintegration und intelligenten Stromnetzen dürften das Segment auch künftig befeuern und Solarenergie zu einem Eckpfeiler einer sauberen, dezentralen und resilienten globalen Energieinfrastruktur machen. Der vorliegende Bericht bietet Entscheidern aus dem öffentlichen und privaten Sektor wertvolle Einblicke und Analysen. Gestützt auf neueste Patentdaten und die gemeinsame Expertise von EPA und Europäischem Innovationsrat (EIC) identifiziert er aktuelle Technologietrends und anstehende Herausforderungen.

Fünf Jahrzehnte Trends: die Entwicklung der Photovoltaik-Innovation bei Werkstoffen, Geräten und Anwendungen

Der Technologieanalysebericht untersucht die Trends aus fünf Jahrzehnten in 30 Technologiebereichen und 340 000 Erfindungen von denen  70 000 internationalen Patentfamilien sind in vier Bereichen der Photovoltaik: Werkstoffe, Geräte, deren Management sowie die zugehörigen Anwendungsfelder.

Die Zahl der Photovoltaik-Erfindungen begann in den späten 1990er Jahren beträchtlich zu wachsen und stieg in den letzten drei Jahrzehnten auf mehr als das 17-Fache. Während die Gerätetechnologien im Zeitraum 1990 bis 2023 eine Schlüsselrolle spielten und bis zu 78 % aller Erfindungen ausmachten, hat die Rolle der anderen Teilbereiche stetig zugenommen. In den Jahren 2020 bis 2023 bezogen sich 48 % aller Erfindungen auf Gerätetechnologien, gefolgt von Anwendungen (25 %), Photovoltaik-Materialien (17 %) und Gerätemanagement (10 %).

Zahl der Erfindungen in der Photovoltaik

Anzahl der Erfindungen in der Photovoltaik, je Jahr der frühesten Veröffentlichung der Erfindung 

China ist weltweit führend bei der Patentierung von Photovoltaik, Europa ist stark in wichtigen innovativen Nischen

In den vergangenen 15 Jahren verlagerte sich die Patentierungstätigkeit vermehrt in Richtung China; dies spiegelt den Aufstieg des Landes zum wichtigsten Akteure bei Photovoltaik-Produktion und -Einsatz. Obwohl bei internationalen Patentfamilien (IPFs) seit 2012 ein Rückgang zu beobachten ist, konnte China seine Patentanmeldungen seit 2010 nahezu versechsfachen. Bis 2022 entfielen 80 % aller neu angemeldeten Photovoltaik-Erfindungen weltweit auf das Reich der Mitte.

Während China bei der Produktion von Solarmodulen führend ist, wahrt Europa seine Position  bei einsatzbezogenen Technologien wie der Agro-Photovoltaik – der Kombination aus Solarmodulen und landwirtschaftlicher Nutzung – sowie Photovoltaik-Installationen auf Dächern, Carports und Gebäuden.

Die führenden Anmelder

Zwischen 1990 und 2023 stammten die 20 führenden IPF-Anmelder überwiegend aus Japan (13), gefolgt von den Vereinigten Staaten (3), der Republik Korea (2), Deutschland und Frankreich (je 1). Führende chinesische Akteure wie die Akademie der Wissenschaften und die State Grid Corporation of China, tauchen in dieser Rangliste nicht auf , da ihr Fokus auf Inlandsanmeldungen liegt.

Im Berichtszeitraum konzentrierten sich die 20 Top-Anmelder in erster Linie auf Gerätetechnologien (15 146 IPFs), Werkstoffe (3 178 IPFs) und Anwendungen (2 517 IPFs); Technologien aus dem Bereich Gerätemanagement spielten mit 1 010 IPFs nur eine geringere Rolle.

Europäische Start-ups und Universitäten sind Innovationstreiber bei Geräten und Werkstoffen

Europäische Start-ups konzentrieren sich primär auf Photovoltaik-Geräte und -Werkstoffe, richten den Fokus in jüngster Zeit aber auch verstärkt auf anwendungsbezogene Erfindungen. Die größte Start-up-Aktivität weisen Deutschland, Frankreich, die Schweiz und Schweden auf. Zu den regionalen Hotspots zählen Südengland, Belgien und die südlichen Niederlande, die Oberrheinregion, Zürich, der Genfer See, Südostfrankreich, Dresden und Stockholm.

Europäische Universitäten weisen durchweg ein hohes Maß an Erfindergeist auf, insbesondere bei Photovoltaik-Geräten und -Werkstoffen. An der Spitze der akademischen Patentierungslandschaft in Europa steht das Vereinigte Königreich, gefolgt von Frankreich, der Schweiz und Deutschland. Geografische Innovationsschwerpunkte sind der Süden Englands, Belgien und die südlichen Niederlande, die Regionen um Paris und Lausanne, die Oberrheinregion und der Großraum Madrid.

Der Bericht enthält Fallstudien, in denen innovative Entwicklungen in diesem Sektor beschrieben werden. Zu den Erfindern gehören die portugiesischen Ingenieure Nuno Correia und Carla Gomes, die eine Verankerungsplattform für schwimmende Solaranlagen entwickelt haben, die sich nach dem Sonnenstand ausrichtet. Ihr System kann die Effizienz von Photovoltaik-Panels erhöhen und einen Anreiz für weitere Investitionen in die Technologie von schwimmenden Solarparks bieten.