固态继电器将伴随储能行业腾飞

电子发烧友网报道（文/黄山明）固态继电器（Solid State Relay，SSR）是一种专门用于电力系统中的继电器，主要用于保护和控制电力设备。它不仅可以控制高电压和大电流的电路，还具有多种保护功能，如过载保护、短路保护、接地故障保护等。
 
固态继电器通常集成了先进的电子电路和微处理器，能够实现高精度的测量和快速响应，确保电力系统的安全和稳定运行。而在储能系统中，固态继电器的应用非常广泛，并且伴随着储能行业的发展，固态继电器也正被带动加速前进。
 
固态继电器更适合储能领域
 
继电器作为关键的自动控制组件，下游应用包括汽车、家用电器、工业控制等传统市场，以及航天航空、新能源、人工智能、智能制造、储能等新兴领域。所有的继电器都能够控制电力，但并非所有继电器都是电力继电器。
 
所谓电力继电器，是专门设计用来处理高电流开关的产品，其触点的内置容量能够处理较大的电流，加上它们更大的尺寸和更强大的线圈，使得电力继电器成为在开关通常超过10安的电流时的良好选择。
 
与常规继电器一样，电力继电器分为两种基本类型，电磁式和固态式。电磁式电力继电器使用电线圈、磁场、弹簧、可移动铁芯和触点来控制设备的电力。而用于高功率应用的固态继电器可以使用无运动部件来切换交流或直流电流。它们取而代之使用半导体，例如可控硅（SCR）、交流三极管（TRIAC）或开关晶体管来切换电流。
 
由于固态继电器没有机械触点和运动部件，不存在触点磨损、氧化、粘连等问题，能够在高冲击、振动的环境下稳定工作，使用寿命长，这对于储能系统的长期稳定运行非常有利，可减少因继电器故障导致的系统停机和维护次数。
 
并且固态继电器其开关速度快，可从几毫秒至几微秒，能够快速地实现电路的通断控制，在一些对控制精度和响应速度要求较高的储能应用场景中表现出色，如储能系统的充放电控制、能量管理系统中的快速切换等，可以更精确地控制储能设备的工作状态，提高系统的整体性能和效率。
 
同时该继电器无触点、无火花，不会产生电磁干扰，且大多数交流输出固态继电器是零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，能有效减少电流波形的突然中断，从而降低开关瞬态效应和射频干扰，有利于储能系统中其他电子设备的正常运行，减少电磁干扰对系统的影响。
 
不过固态继电器也存在一定的局限性，除了成本较高外，固态继电器在导通后会有一定的管压降，可控硅或双相控硅的正向降压可达 1-2V，大功率晶体管的饱和压降也在 1-2V 之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大，导致导通后的功耗和发热量较大，需要较大的散热空间和散热措施，这可能会增加系统的复杂性和体积。
 
另外，固态继电器对过载较为敏感，一旦出现过载情况，容易导致器件损坏，因此需要配备快速熔断器或 RC 阻尼电路等过载保护装置，增加了系统的成本和复杂性。
 
储能市场带动固态继电器快速发展
 
19世纪30年代，美国物理学家约瑟夫·亨利在研究电路控制时，利用电磁感应现象发明了继电器。但直到20世纪70年代末，固态继电器才开始得到实际应用。最早的固态继电器主要用于军事和航空航天领域，因为这些领域对可靠性和性能的要求非常高。
 
20世纪50年代到90年代末，继电保护完成了发展的4个阶段，即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。而今随着科技的不断发展，固态继电器将在更多领域得到应用。
 
从市场来看，据相关机构数据，2023年全球固态继电器市场规模达到53.81亿元，至2029年将达到79.44亿元。亚太地区为最大的固态继电器市场，市场份额约为54%。中国则在亚太地区占据重要地位，2023年市场份额达到29.35%。
 
在中国市场中，领先的继电器品牌包括欧姆龙、宏发、施耐德等，其中宏发科技股份有限公司是国内继电器生产最大的企业，其产品涵盖了电磁继电器、电感继电器、时间继电器等多个领域。
 
从应用领域来看，近年来储能市场呈现高速发展态势。从全球范围来看，2023 年第三季度全球储能电池产量达到了14332千兆瓦时，同比增长率高达101.6%。储能系统在电力、交通、工业等多个领域的广泛应用，为固态继电器创造了持续的市场需求。
 
在储能系统中，固态继电器是电池管理系统的重要组成部分，用于控制电池的充放电过程，实现对电池组的过流、过压、过热等保护功能，确保电池系统的安全稳定运行。随着储能电池装机规模的不断扩大，对用于电池管理系统的固态继电器需求也将同步增长。
 
此外，固态继电器在储能系统的功率转换环节中也发挥着关键作用，用于实现 AC-DC 和 DC-AC 之间的转换控制，保证电能的高效传输和转换。储能系统功率等级的不断提升，将进一步推动对高功率固态继电器的需求。
 
在分布式太阳能、风能等新能源发电系统中，储能设备用于存储多余的电能，以提高能源利用效率和电网稳定性。固态继电器可用于控制储能设备与电网之间的连接和断开，实现分布式能源的灵活接入和管理，随着分布式能源的快速发展，其对固态继电器的需求也将不断增加。
 
而微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。固态继电器在微电网中的应用包括对储能系统的控制、负荷的切换以及电源的协调管理等，微电网的建设和发展将为固态继电器带来新的市场机遇。
 
有数据显示，2019年中国固态继电器行业需求量为5.16亿只，2020年需求量增至5.39亿只。从细分市场需求来看，2020年中国中高端固态继电器需求量为1.92亿只，低端固态继电器需求量为3.47亿只。伴随着储能市场的规模增大，有助于推动固态继电器的快速发展。
 
总结
 
固态继电器具有无触点、高可靠性、长寿命、快速响应、低噪声等优点，能够满足储能系统对高性能控制元件的要求。与传统的电磁继电器相比，固态继电器在频繁操作、高湿度、强震动等恶劣环境下具有更好的稳定性和可靠性，因此在储能市场中得到了越来越广泛的应用，其需求也相应受到推动。