可再生能源系統(tǒng)中的固態(tài)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(guān)的問題。為了解決這些問題，市場越來越關(guān)注潛力巨大的可再生能源。

在可再生能源行業(yè)使用的眾多技術(shù)中，固態(tài)繼電器被大量使用，從太陽能電池板的制造到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的除冰再到顆粒鍋爐的系統(tǒng)控制，到處都有固態(tài)繼電器的身影。

?什么是固態(tài)繼電器？?

固態(tài)繼電器(Solid State Relay，簡稱SSR)，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件。與機(jī)電繼電器相比用途相同，但由于沒有移動部件，故稱為“固態(tài)”。同時(shí)，由于沒有可磨損的運(yùn)動部件，因此沒有觸點(diǎn)反彈問題。并且能夠比機(jī)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(guān)閉，消除了電氣噪聲和瞬態(tài)。固態(tài)繼電器目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口設(shè)備、溫控系統(tǒng)、電機(jī)控制、數(shù)控機(jī)械、燈光控制、儀器儀表、醫(yī)療器械、自動消防、保安系統(tǒng)等等場合，以及作為電網(wǎng)功率因素補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關(guān)，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(tài)繼電器應(yīng)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(zhuǎn)化為能量，使其可以被重新分配到電網(wǎng)中或存儲在電池中以供將來使用。

固態(tài)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(zhuǎn)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(tài)繼電器在此時(shí)用于控制晶圓清洗機(jī)中的加熱元件。

（3）擴(kuò)散/處理/摻雜

在熱退火過程中使用擴(kuò)散爐（熱處理），通過氧化和化學(xué)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(shí)固態(tài)繼電器參與精確控制熔爐中的加熱元件。

（4）晶圓金屬觸點(diǎn)的退火

使用快燒爐來燃燒和燒結(jié)太陽能電池的金屬觸點(diǎn)，熱量由短波紅外燈產(chǎn)生，并由固態(tài)繼電器控制。突發(fā)控制模式允許精確地設(shè)置負(fù)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(jī)器在電池上涂上抗反射涂層。固態(tài)繼電器可用于控制抗反射涂層機(jī)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(fā)電場

太陽能發(fā)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(wǎng)，讓眾多家庭和企業(yè)能夠獲得綠色能源。太陽能電池板產(chǎn)生的是直流電，需要將其轉(zhuǎn)換為交流電使用。固態(tài)繼電器可用于保護(hù)太陽能電池板免受冬季過電壓的影響，保護(hù)它們免受轉(zhuǎn)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(zhì)是電動機(jī)械臂，可以將太陽能電池板調(diào)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(jī)械臂的電機(jī)。

（9）太陽能儲能系統(tǒng)

大多數(shù)光伏系統(tǒng)都集成了電池，可以存儲太陽能產(chǎn)生的電力以備將來（比如陽光照射減少時(shí)）使用。固態(tài)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(shí)對其進(jìn)行放電。

?風(fēng)能?

風(fēng)力渦輪機(jī)通過旋轉(zhuǎn)連接到轉(zhuǎn)子的葉片來產(chǎn)生能量，轉(zhuǎn)子本身連接到發(fā)電機(jī)。然后，產(chǎn)生的能量通過地下電纜在電網(wǎng)中重新分配。固態(tài)繼電器在其中也扮演重要角色。

（1）渦輪葉片制造

交流固態(tài)繼電器用于渦輪葉片的纖維和復(fù)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(huán)境中存在霜凍、昆蟲、沙子、鹽等，隨著時(shí)間的推移，渦輪葉片可能會出現(xiàn)小裂縫和孔洞。因此，必須通過固化過程對它們進(jìn)行修復(fù)，以免造成更大的、不可逆轉(zhuǎn)的損壞。為此，使用加熱毯將葉片加熱到60～80 °C。

固態(tài)繼電器可用來控制加熱毯的溫度。

（3）風(fēng)力渦輪機(jī)除冰

霜凍會嚴(yán)重?fù)p壞風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，但是另一方面，寒冷反而有助于能源生產(chǎn)，并且風(fēng)更強(qiáng)，對葉片施加的壓力更大。因此，在葉片上安裝除冰系統(tǒng)非常重要，這樣可以避免任何會導(dǎo)致渦輪機(jī)生產(chǎn)力降低的損壞。風(fēng)力渦輪機(jī)除冰的過程有3個(gè)關(guān)鍵步驟：首先系統(tǒng)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(tǒng)必須控制除冰過程的效率。在葉片除冰系統(tǒng)中使用固態(tài)繼電器來控制直接集成到葉片中的加熱元件。

（4）風(fēng)能儲能系統(tǒng)

儲能電池可以存儲風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的能量，這些電池可用于偏僻的區(qū)域，或用于防止網(wǎng)絡(luò)斷開。

?生物質(zhì)能?

生物質(zhì)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(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)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(tǒng)中的水，熱水可供立即使用或可被儲存在水箱中。固態(tài)繼電器可用于顆粒鍋爐的清潔、點(diǎn)火、風(fēng)扇和閥門系統(tǒng)。

?不斷增長的市場?

隨著全球基本達(dá)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(fā)展，市場前景越發(fā)明朗。而為了保證可再生能源系統(tǒng)的高可靠性和高使用壽命，固態(tài)繼電器自然成了對于行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的因素。

編輯：黃飛