可再生能源系統中的固態繼電器

我們越來越多地面臨與空氣污染、溫室氣體排放、全球變暖以及電力和天然氣成本上漲相關的問題。為了解決這些問題，市場越來越關注潛力巨大的可再生能源。

在可再生能源行業使用的眾多技術中，固態繼電器被大量使用，從太陽能電池板的制造到風力渦輪機葉片的除冰再到顆粒鍋爐的系統控制，到處都有固態繼電器的身影。

?什么是固態繼電器？?

固態繼電器(Solid State Relay，簡稱SSR)，是一種全部由固態電子元件組成的新型無觸點開關器件。與機電繼電器相比用途相同，但由于沒有移動部件，故稱為“固態”。同時，由于沒有可磨損的運動部件，因此沒有觸點反彈問題。并且能夠比機械繼電器的電樞移動更快地切換“ON”和“OFF”，以及零電壓開啟和零電流關閉，消除了電氣噪聲和瞬態。固態繼電器目前已經廣泛地應用于計算機外圍接口設備、溫控系統、電機控制、數控機械、燈光控制、儀器儀表、醫療器械、自動消防、保安系統等等場合，以及作為電網功率因素補償的電力電容的切換開關，并在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。

本期科技博聞，小歐將向您介紹可再生能源市場上常見的固態繼電器應用。

?太陽能?

為了獲得太陽能，太陽能電池板配備了由硅制成的光伏電池。光伏電池捕獲陽光并將其轉化為能量，使其可以被重新分配到電網中或存儲在電池中以供將來使用。

固態繼電器在太陽能電池的大部分制造過程中非常有用。

（1）硅錠開方

原材料硅首先被轉化為鑄錠。

（2）晶圓切片和清洗

將鑄錠切成約250μm的晶圓薄層，切片完成后，需要清潔晶圓以去除切片中損壞的硅。固態繼電器在此時用于控制晶圓清洗機中的加熱元件。

（3）擴散/處理/摻雜

在熱退火過程中使用擴散爐（熱處理），通過氧化和化學氣相沉積來激活摻雜劑。這些熔爐將在800～1200°C的溫度下加熱晶圓。此時固態繼電器參與精確控制熔爐中的加熱元件。

（4）晶圓金屬觸點的退火

使用快燒爐來燃燒和燒結太陽能電池的金屬觸點，熱量由短波紅外燈產生，并由固態繼電器控制。突發控制模式允許精確地設置負載的功率。

（5）抗反射涂層

為了保證太陽能電池的最佳性能并減少光吸收損失，利用專用機器在電池上涂上抗反射涂層。固態繼電器可用于控制抗反射涂層機中的加熱元件。

（6）模塊化

將太陽能電池放置在鋁框架中，形成太陽能電池板。

（7）太陽能發電場

太陽能發電場由大片土地上的許多太陽能電池板組合在一起。它直接連接到電網，讓眾多家庭和企業能夠獲得綠色能源。太陽能電池板產生的是直流電，需要將其轉換為交流電使用。固態繼電器可用于保護太陽能電池板免受冬季過電壓的影響，保護它們免受轉換器潛在空載的影響，并增加太陽能電池板的功率。

（8）太陽能追蹤器

太陽能追蹤器的本質是電動機械臂，可以將太陽能電池板調整朝向太陽，以增加太陽能的收集。直流逆變器用于控制太陽能跟蹤器機械臂的電機。

（9）太陽能儲能系統

大多數光伏系統都集成了電池，可以存儲太陽能產生的電力以備將來（比如陽光照射減少時）使用。固態繼電器用作太陽能電池板和蓄電池之間的媒介，也用于在電池電量過滿時對其進行放電。

?風能?

風力渦輪機通過旋轉連接到轉子的葉片來產生能量，轉子本身連接到發電機。然后，產生的能量通過地下電纜在電網中重新分配。固態繼電器在其中也扮演重要角色。

（1）渦輪葉片制造

交流固態繼電器用于渦輪葉片的纖維和復合材料制造以及葉片成型。

（2）渦輪葉片固化工藝

由于葉片所處的惡劣環境中存在霜凍、昆蟲、沙子、鹽等，隨著時間的推移，渦輪葉片可能會出現小裂縫和孔洞。因此，必須通過固化過程對它們進行修復，以免造成更大的、不可逆轉的損壞。為此，使用加熱毯將葉片加熱到60～80 °C。

固態繼電器可用來控制加熱毯的溫度。

（3）風力渦輪機除冰

霜凍會嚴重損壞風力渦輪機葉片，但是另一方面，寒冷反而有助于能源生產，并且風更強，對葉片施加的壓力更大。因此，在葉片上安裝除冰系統非常重要，這樣可以避免任何會導致渦輪機生產力降低的損壞。風力渦輪機除冰的過程有3個關鍵步驟：首先系統必須檢測霜凍的存在，然后加熱葉片以融化霜（加熱元件直接集成到葉片中），最后系統必須控制除冰過程的效率。在葉片除冰系統中使用固態繼電器來控制直接集成到葉片中的加熱元件。

（4）風能儲能系統

儲能電池可以存儲風力渦輪機產生的能量，這些電池可用于偏僻的區域，或用于防止網絡斷開。

?生物質能?

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。生物質能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換等3種途徑。生物質的直接燃燒在今后相當長的時間內仍將是我國生物質能利用的主要方式，顆粒鍋爐是使用較多的一種形式。

顆粒鍋爐允許通過燃燒顆粒（壓縮木材）來加熱管道系統中的水，熱水可供立即使用或可被儲存在水箱中。固態繼電器可用于顆粒鍋爐的清潔、點火、風扇和閥門系統。

?不斷增長的市場?

隨著全球基本達成共識，即需要使用可再生能源來阻止污染和防止全球變暖，可再生能源市場正逐年發展，市場前景越發明朗。而為了保證可再生能源系統的高可靠性和高使用壽命，固態繼電器自然成了對于行業發展至關重要的因素。

編輯：黃飛