什么是固态继电器 常见的固态继电器应用

可再生能源系统中的固态继电器

我们越来越多地面临与空气污染、温室气体排放、全球变暖以及电力和天然气成本上涨相关的问题。为了解决这些问题，市场越来越关注潜力巨大的可再生能源。

在可再生能源行业使用的众多技术中，固态继电器被大量使用，从太阳能电池板的制造到风力涡轮机叶片的除冰再到颗粒锅炉的系统控制，到处都有固态继电器的身影。

•什么是固态继电器？•

固态继电器(Solid State Relay，简称SSR)，是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件。与机电继电器相比用途相同，但由于没有移动部件，故称为“固态”。同时，由于没有可磨损的运动部件，因此没有触点反弹问题。并且能够比机械继电器的电枢移动更快地切换“ON”和“OFF”，以及零电压开启和零电流关闭，消除了电气噪声和瞬态。固态继电器目前已经广泛地应用于计算机外围接口设备、温控系统、电机控制、数控机械、灯光控制、仪器仪表、医疗器械、自动消防、保安系统等等场合，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关，并在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。

本期科技博闻，小欧将向您介绍可再生能源市场上常见的固态继电器应用。

•太阳能•

为了获得太阳能，太阳能电池板配备了由硅制成的光伏电池。光伏电池捕获阳光并将其转化为能量，使其可以被重新分配到电网中或存储在电池中以供将来使用。

固态继电器在太阳能电池的大部分制造过程中非常有用。

（1）硅锭开方

原材料硅首先被转化为铸锭。

（2）晶圆切片和清洗

将铸锭切成约250µm的晶圆薄层，切片完成后，需要清洁晶圆以去除切片中损坏的硅。固态继电器在此时用于控制晶圆清洗机中的加热元件。

（3）扩散/处理/掺杂

在热退火过程中使用扩散炉（热处理），通过氧化和化学气相沉积来激活掺杂剂。这些熔炉将在800～1200°C的温度下加热晶圆。此时固态继电器参与精确控制熔炉中的加热元件。

（4）晶圆金属触点的退火

使用快烧炉来燃烧和烧结太阳能电池的金属触点，热量由短波红外灯产生，并由固态继电器控制。突发控制模式允许精确地设置负载的功率。

（5）抗反射涂层

为了保证太阳能电池的最佳性能并减少光吸收损失，利用专用机器在电池上涂上抗反射涂层。固态继电器可用于控制抗反射涂层机中的加热元件。

（6）模块化

将太阳能电池放置在铝框架中，形成太阳能电池板。

（7）太阳能发电场

太阳能发电场由大片土地上的许多太阳能电池板组合在一起。它直接连接到电网，让众多家庭和企业能够获得绿色能源。太阳能电池板产生的是直流电，需要将其转换为交流电使用。固态继电器可用于保护太阳能电池板免受冬季过电压的影响，保护它们免受转换器潜在空载的影响，并增加太阳能电池板的功率。

（8）太阳能追踪器

太阳能追踪器的本质是电动机械臂，可以将太阳能电池板调整朝向太阳，以增加太阳能的收集。直流逆变器用于控制太阳能跟踪器机械臂的电机。

（9）太阳能储能系统

大多数光伏系统都集成了电池，可以存储太阳能产生的电力以备将来（比如阳光照射减少时）使用。固态继电器用作太阳能电池板和蓄电池之间的媒介，也用于在电池电量过满时对其进行放电。

•风能•

风力涡轮机通过旋转连接到转子的叶片来产生能量，转子本身连接到发电机。然后，产生的能量通过地下电缆在电网中重新分配。固态继电器在其中也扮演重要角色。

（1）涡轮叶片制造

交流固态继电器用于涡轮叶片的纤维和复合材料制造以及叶片成型。

（2）涡轮叶片固化工艺

由于叶片所处的恶劣环境中存在霜冻、昆虫、沙子、盐等，随着时间的推移，涡轮叶片可能会出现小裂缝和孔洞。因此，必须通过固化过程对它们进行修复，以免造成更大的、不可逆转的损坏。为此，使用加热毯将叶片加热到60～80 °C。

固态继电器可用来控制加热毯的温度。

（3）风力涡轮机除冰

霜冻会严重损坏风力涡轮机叶片，但是另一方面，寒冷反而有助于能源生产，并且风更强，对叶片施加的压力更大。因此，在叶片上安装除冰系统非常重要，这样可以避免任何会导致涡轮机生产力降低的损坏。风力涡轮机除冰的过程有3个关键步骤：首先系统必须检测霜冻的存在，然后加热叶片以融化霜（加热元件直接集成到叶片中），最后系统必须控制除冰过程的效率。在叶片除冰系统中使用固态继电器来控制直接集成到叶片中的加热元件。

（4）风能储能系统

储能电池可以存储风力涡轮机产生的能量，这些电池可用于偏僻的区域，或用于防止网络断开。

•生物质能•

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式，颗粒锅炉是使用较多的一种形式。

颗粒锅炉允许通过燃烧颗粒（压缩木材）来加热管道系统中的水，热水可供立即使用或可被储存在水箱中。固态继电器可用于颗粒锅炉的清洁、点火、风扇和阀门系统。

•不断增长的市场•

随着全球基本达成共识，即需要使用可再生能源来阻止污染和防止全球变暖，可再生能源市场正逐年发展，市场前景越发明朗。而为了保证可再生能源系统的高可靠性和高使用寿命，固态继电器自然成了对于行业发展至关重要的因素。

编辑：黄飞