España encabeza las patentes europeas en tecnología fotovoltaica

El número de patentes de invenciones relacionadas con tecnologías energéticas con baja emisión de carbono crecieron un 3,3% anual de media entre 2017 y 2019, lo que supone una cuarta parte del promedio de crecimiento anual de hace una década. Esto, según un informe de la Oficina Europea de Patentes (EPO) y la Agencia Internacional de la Energía (IEA), revela la necesidad urgente de invertir en energía limpia para cumplir con los objetivos climáticos.

El informe Patents and the energy transition: global trends in clean energy technology innovation, examina Familias de Patentes Internacionales para invenciones de tecnologías energéticas bajas en carbono, desglosándolas en regiones y sectores industriales

Las cifras muestran que se requiere una acción política concertada y una mayor innovación en energía con bajas emisiones de carbono para acelerar la disponibilidad de tecnologías y reducir los costos.

Algunas de estas tecnologías, desde la producción de energía hasta la transmisión, el almacenamiento y las aplicaciones de uso final, ya se explotan a escala industrial, mientras que otras se encuentran todavía en una etapa inicial de desarrollo o implementación. Según la IEA, los objetivos climáticos actuales solo pueden lograrse mediante una importante aceleración de la innovación en energías limpias.

El informe mide las tendencias por ‘Familias Internacionales de Patentes’ (IPF), cada una de las cuales representa una invención de alto valor para la cual se han presentado solicitudes en dos o más oficinas de patentes en todo el mundo. Debido a que las solicitudes de patente se presentan meses, o incluso años, antes de que los productos lleguen al mercado, a menudo se las considera indicadores tempranos de las tendencias tecnológicas futuras.

 “Casi la mitad de las reducciones de emisiones para llegar a las cero emisiones netas en el año 2050 deberán provenir de tecnologías que aún no están en el mercado”, dijo el Director Ejecutivo de la IEA, Fatih Birol.

El caso de España

España es un importante contribuyente a la innovación en tecnologías de energía limpia, y ocupa el noveno lugar en Europa y el 15.º a nivel mundial.

En cuanto a la energía solar fotovoltaica, España encabeza la especialización (ventaja tecnológica revelada, RTA) en comparación con los 10 principales países del Convenio Europeo de Patentes (CPE) entre 2010-2019:

La lista de los principales solicitantes españoles de patentes de tecnologías energéticas bajas en carbono entre 2000-2019) a encabezó Abengoa con 195 Familias de Patentes Internacionales, seguida de un gran número de universidades e instituciones públicas de investigación: la agencia estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (53), la Universidad Politécnica de Madrid (50), la Universidad Politécnica de Valencia (40) y la Universidad de Sevilla (35).

La solar encabeza las tendencias

Las tecnologías relacionadas con la energía solar y, en particular, la energía solar fotovoltaica, generaron, con mucho, el mayor volumen de patentes (con 46.500 familias internacionales de patentes, IPF) entre 2000 y 2019), seguidas de las relacionadas con la energía eólica (17.000 IPF) y los combustibles alternativos (10.000 IPF). En comparación, otras energías renovables, la nuclear y las tecnologías de combustión eficiente muestran niveles relativamente bajos de patentes durante el mismo período (respectivamente 2.000, 5.000 y 6.600 IPF).

Los cambios en la actividad de patentes revelan cómo cambia la innovación cuando las tecnologías pasan por las fases clave de su desarrollo. Desde 2010, las tecnologías de paneles solares fotovoltaicos comerciales se han consolidado en gran medida en torno a un par de diseños dominantes de células de silicio cristalino. La actividad inventiva se desplazó hacia la optimización de la fabricación y el escalado para reducir los costes de producción. Esto redujo la capacidad de otros diseños para alcanzar una escala suficiente para competir y disminuyó el incentivo para inventar nuevos diseños de células, como ilustran los datos de patentes.

Sin embargo, han surgido dos tendencias notables: un movimiento hacia otros tipos de diseños de energía solar fotovoltaica y un enfoque en las tecnologías para una instalación y operación más rentable.

En cuanto a los diseños de las células, se ha producido un marcado cambio en las patentes, pasando de las inorgánicas a una nueva generación de células fotovoltaicas orgánicas. Esto está allanando el camino hacia una fabricación de muy bajo coste y su integración como fuente de energía en muchas más aplicaciones, como ventanas, dispositivos portátiles y objetos conectados. Y, a medida que los precios de las células y los módulos han ido bajando, se busca la reducción de costes en las tecnologías de instalación, como sistemas móviles de montaje, y las tecnologías que aumentan la producción, como las de seguimiento inteligente. Esto ha llevado a un rápido crecimiento de las patentes de tecnologías que aumentan el rendimiento y el valor local de las instalaciones solares fotovoltaicas, especialmente en las regiones que despliegan principalmente módulos solares fotovoltaicos importados.

Últimas tendencias en tecnologías solares fotovoltaicas (2010-2019)

En la última década, el mercado de la energía solar fotovoltaica se ha expandido de forma espectacular, ocupando el foco de la actividad inventiva.

Entre 2010 y 2020, las instalaciones mundiales anuales de energía solar fotovoltaica se multiplicaron por más de seis, pasando de 17 GW a más de 100 GW anuales, más que cualquier otra fuente de electricidad. No obstante, la inversión anual en estas instalaciones se mantuvo sin grandes alteraciones, rondando aproximadamente los 140.000 millones de dólares al año.

Esto fue posible gracias al avance de la industria solar fotovoltaica, que aumentó rápidamente la fabricación en masa de células empaquetadas en módulos que podían enviarse a todo el mundo en formatos estandarizados. En términos tecnológicos, se produjo una consolidación del mercado en torno a los tipos de células que podían coexistir en un entorno de precios altamente competitivo.

Además, se hizo un gran esfuerzo para innovar en nuevos procesos de fabricación que minimizaran los residuos y redujeran los costes en una industria con escasos márgenes. Junto a estas innovaciones, se consiguió reducir de manera impresionante los costes de «equilibrio del sistema» (BOS), cuyo porcentaje del total de una gran planta fotovoltaica se ha mantenido relativamente estable durante la última década. Por ejemplo, en Italia se ha mantenido en torno al 50%.

Las células solares fotovoltaicas continúan generando la mayor proporción de actividades de patentes solares fotovoltaicas (48% en el período 2010-2019). Sin embargo, la transición de la industria a un negocio de fabricación en masa significó que había pocas oportunidades para que los nuevos participantes se hicieran un hueco frente a los principales fabricantes de silicio cristalino. Esto provocó un declive en la invención de células cristalinas y de capa fina, que se habían disputado el liderazgo del mercado. En su lugar, se ha producido un aumento constante de la actividad de patentes en un nuevo campo competidor, el de las células fotovoltaicas orgánicas, basadas en polímeros orgánicos conductores o pequeñas moléculas orgánicas.

El panorama cambiante de la innovación energética

Las empresas han presentado más de 420.000 Familias de Patentes Internacionales en el campo de las energías bajas en carbono a nivel mundial desde el año 2000 clasificadas en tres categorías principales:

• Tecnologías de suministro de energía con bajas emisiones de carbono, incluidas las energías renovables.
• Tecnologías que facilitan el uso más eficiente de la energía o el cambio de combustible en aplicaciones de uso final, como el transporte, la edificación o la producción industrial.
• Tecnologías transversales aplicables tanto al suministro como al uso final, o mejoran la infraestructura para adaptarse a niveles más altos de energía limpia, incluidas las baterías, el hidrógeno, las redes inteligentes, y la captura, utilización y almacenamiento de carbono.

 Los principales sectores de uso final de las patentes mundiales de energía limpia entre 2000 y 2019 fueron el transporte (116.000 IPF en 2000-19), seguido de las tecnologías de eficiencia energética para la producción industrial (86.000 IPF).

El informe afirma que, en general, las tecnologías habilitadoras transversales (baterías, hidrógeno, redes inteligentes, captura de carbono) han experimentado un fuerte crecimiento desde 2017. Su participación aumentó desde el 27% de todas las IPF de energía baja en carbono en el año 2000 al 34% en 2019.

Europa, Japón y EE. UU. líderes, cada uno con diferentes especializaciones

Al observar las principales tendencias regionales en materia de innovación, el estudio concluye que desde el año 2000, las empresas e institutos de investigación europeos han liderado las solicitudes de patentes de invenciones energéticas bajas en carbono con el 28% (12% solo en el caso de Alemania) de todas las Familias de Patentes Internacionales en estas tecnologías en la última década (2010-2019), seguidos por los solicitantes japoneses (25%), estadounidenses (20%), surcoreanos (10%) y chinos (8%).

Si bien Europa ocupa el primer lugar en la mayoría de los campos de energía renovable y es particularmente fuerte en algunos sectores de uso final como el ferrocarril y la aviación, Japón es líder en tecnología de vehículos eléctricos, baterías e hidrógeno, y EE. UU. tiene una ventaja tecnológica en aviación, biocombustibles y captura de carbono. Las principales fortalezas de Corea del Sur recaen en las baterías, la tecnología solar fotovoltaica y la eficiencia energética en la producción industrial y el sector de las TIC, mientras que China también está especializada en TIC.

En general, la proporción de CIP en tecnologías de energía limpia generadas por instituciones de investigación (universidades y organizaciones públicas de investigación) ha aumentado (del 6,6% entre 2000 y 2009 al 8,5% entre 2010 y 2019). Las instituciones de investigación son especialmente activas en las tecnologías de suministro de energía con bajas emisiones de carbono (combustibles alternativos, energía nuclear y algunas energías renovables) y en tecnologías habilitadoras emergentes como la captura de carbono y el hidrógeno.