Diepgaande analyse van de belangrijkste toepassings- en ontwikkelingstrend van relais op het gebied van nieuwe energie

Als kerncomponent van het elektrische regelsysteem spelen relais een onvervangbare rol op het gebied van nieuwe energie. Met de snelle ontwikkeling van fotovoltaïsche energieopwekking, windenergieopwekking, nieuwe energievoertuigen en andere industrieën heeft relaistechnologie nieuwe kansen en uitdagingen ingeluid. Dit rapport zal de status quo van de toepassing, de technologische doorbraken, het marktpatroon en de toekomstige ontwikkelingsrichting van relais op verschillende gebieden van nieuwe energie uitvoerig analyseren.

Kerntoepassingsscenario's van nieuwe energierelais

Fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem

Op het gebied van fotovoltaïsche energieopwekking dragen relais de dubbele verantwoordelijkheden van circuitcontrole en systeembescherming, en hun toepassingen lopen via belangrijke schakels zoals fotovoltaïsche arrays, omvormers en energieopslagsystemen.

Voor de besturing van PV-arrays realiseren relais voornamelijk energietransmissie- en circuitschakelfuncties. De door de fotovoltaïsche panelen gegenereerde uitgangsspanning en stroom zijn relatief klein, waardoor relaisversterking nodig is. Moderne PV-relais vereisen een extreem lage contactweerstand (≤10mΩ) en een snel reactievermogen (actietijd ≤20ms) om een ​​efficiënte werking van het systeem te garanderen.

Omvormerbeveiliging is een belangrijke toepassing van relais in PV-systemen. De omvormer is verantwoordelijk voor het omzetten van de door de PV-panelen gegenereerde gelijkstroom in wisselstroom, terwijl het relais de verbinding tussen de DC-zijde en de omvormer regelt. De DC-uitgang van de PV-installatie is via het relais verbonden met de omvormer en wanneer het systeem een ​​storing in het elektriciteitsnet of een defect aan de apparatuur detecteert, zal het relais het circuit snel onderbreken om te voorkomen dat het ongeval zich uitbreidt. Vooral bij PV-installaties met energieopslagsystemen moet het relais ook het laad- en ontlaadproces van de batterij beheren om bij een stroomstoring een naadloze omschakeling naar de noodstroomvoorziening te garanderen.

Nieuwe energievoertuigen en oplaadfaciliteiten

De elektrische architectuur van voertuigen op nieuwe energie is fundamenteel anders dan die van traditionele voertuigen op brandstof, waarbij de bedrijfsspanning van het hoofdcircuit over het algemeen hoger is dan 200 V, veel hoger dan het 12-48 V-systeem van traditionele voertuigen. Deze hoogspanningskarakteristiek zorgt ervoor dat relais een crucialere rol spelen in nieuwe energievoertuigen.

Hoogspanningsbeveiliging is de kernfunctie van relais in nieuwe energievoertuigen. Bij een botsing met het voertuig of wanneer het systeem een ​​storing detecteert, kan het hoogspanningsgelijkstroomrelais binnen milliseconden de verbinding tussen de accu en het gehele voertuigcircuit verbreken, waardoor het risico op elektrische schokken en brand wordt voorkomen. DC-circuits, die niet de boven-nul-karakteristieken van AC hebben, produceren bogen die moeilijker te doven zijn, wat extreem hoge eisen stelt aan het boogdovende vermogen van het relais.

In het batterijbeheersysteem (BMS) zijn relais betrokken bij het regelen van het laad- en ontlaadproces van de vermogensbatterij om schade aan de batterij veroorzaakt door overladen en ontladen te voorkomen. Vooral in het scenario voor remenergieterugwinning moet het relais de intensiteit van de energieterugwinning in realtime aanpassen aan de rijstatus van het voertuig en de batterijstatus, wat hogere eisen stelt aan de reactiesnelheid en regelnauwkeurigheid van het relais.

Het laadsysteem is ook onlosmakelijk verbonden met de ondersteuning van krachtige relais. Met de populariteit van de 800V hoogspanningssnellaadtechnologie is het laadvermogen aanzienlijk toegenomen, wat strengere eisen stelt aan de spanning, het stroomvoerende vermogen en het boogdovende vermogen van relais.

Belangrijke technologische doorbraken en innovatief ontwerp

Geconfronteerd met de zware eisen van hoge spanning, hoge stroomsterkte en veelvuldig schakelen die uniek zijn voor nieuwe energietoepassingen, hebben relaisfabrikanten aanzienlijke doorbraken bereikt op het gebied van materiaalkunde, structureel ontwerp en productieproces.

Keramische afdichtingstechnologie is momenteel de meest gangbare oplossing voor hoogspannings-DC-relais. De traditionele afdichtingsmethode met epoxyhars is gevoelig voor veroudering bij hoge temperaturen en hoge druk, terwijl keramisch materiaal uitstekende isolatie, hittebestendigheid en mechanische sterkte heeft. Xiamen Hongfa Power Electric Co., Ltd. gebruikt zeer zuiver keramiek als materiaal voor de holte, sluit de contacten in de holte af door middel van een soldeerproces en vult ze met een gasmengsel op waterstofbasis om een ​​stabiele werkomgeving te creëren. Dit ontwerp zorgt ervoor dat de contacten minder snel oxideren onder hoge temperaturen en boogerosie, en behoudt een goede elektrische geleiding, zelfs in de midden- en late stadia van hun levensduur.

Op het gebied van contactmaterialen is de industrie geëvolueerd van traditionele zilverlegeringen naar composietcontacttechnologie. Voor nieuwe energietoepassingen in de hoge huidige breekbehoeften hebben fabrikanten de toevoeging ontwikkeld van speciale elementen (zoals SnO₂, CuO en andere metaaloxiden) van op zilver gebaseerde composietmaterialen. Deze materialen hebben een goede weerstand tegen boogerosie en lage contactweerstandseigenschappen.

Er zijn ook aanzienlijke vorderingen gemaakt bij het ontwerp van magnetische circuitsystemen. In DC-circuits kan de elektrodynamische afstoting die wordt gegenereerd door hoge stromen leiden tot vroegtijdige scheiding van de contacten, wat de relaisprestaties beïnvloedt

Solid-state relay (SSR)-technologie is een ontwikkeling die de afgelopen jaren veel aandacht heeft getrokken. Vergeleken met traditionele elektromechanische relais hebben SSR's geen mechanische contacten en zijn ze afhankelijk van halfgeleiderapparaten om het circuit in en uit te schakelen, wat de voordelen heeft van een hoge schakelsnelheid, geen contactslijtage, een lange levensduur en trillingsbestendigheid. Solid State-relais presteren bijzonder goed in toepassingen die hoogfrequent schakelen vereisen, zoals batterijbeheersystemen.

Toekomstige ontwikkelingstrends

Het spanningsniveau blijft stijgen: met de ontwikkeling van nieuwe energietechnologie in de richting van hoogspanning, zoals de populariteit van 800V en hogerspanningssystemen, zullen de technische drempel en de marktwaarde van relais verder worden verhoogd.

Intelligente ontwikkeling: moderne hoogspanningsrelais beginnen stroom- en temperatuursensoren en communicatie-interfaces te integreren, die hun eigen status in realtime kunnen bewaken en feedback kunnen geven aan het besturingssysteem om voorspellend onderhoud en foutwaarschuwingen te bereiken. Hoewel de eenheidsprijs van dergelijke intelligente relais hoger is, kunnen ze de systeembetrouwbaarheid en veiligheid aanzienlijk verbeteren.

Materiaal- en procesinnovatie: Fabrikanten onderzoeken nieuwe contactmaterialen, efficiëntere boogdovende technologie en compactere structurele ontwerpen. Het gebruik van halfgeleidermaterialen met een brede bandbreedte, zoals siliciumcarbide (SiC), kan bijvoorbeeld de schakelsnelheid en het spanningsbestendigheidsvermogen van relais aanzienlijk verbeteren.

Uitgebreide toepassingsgebieden: Naast de traditionele velden voor fotovoltaïsche energie en nieuwe energievoertuigen groeit ook de vraag naar hoogspanningsrelais in opkomende gebieden zoals energieopslagsystemen en slimme netwerken snel. Vooral bij energieopslagsystemen aan de netzijde en aan de gebruikerszijde spelen hoogspanningsrelais een sleutelrol bij de bescherming en besturing van circuits.

Conclusie

Als sleutelcomponent in nieuwe energiesystemen zijn de technologische vooruitgang en de industriële ontwikkeling van relais nauw verbonden met de nieuwe energierevolutie. Van de aanvankelijke eenvoudige circuitschakelaar tot de huidige geïntegreerde detectie-, communicatie- en intelligente besturingsfuncties van het ‘intelligente relais’: dit traditionele elektronische onderdeel ondergaat een diepgaande verandering.

In de komende 5-10 jaar, met de verdieping van de transformatie van de mondiale energiestructuur, zal de relaistechnologie zich blijven ontwikkelen in de richting van hoogspanning, intelligentie en hoge betrouwbaarheid. Hoewel de solid-state relaistechnologie zich blijft ontwikkelen, zullen elektromechanische hoogspanningsgelijkstroomrelais op korte en middellange termijn op basis van economische en betrouwbaarheidsoverwegingen de mainstream van de markt blijven.

Voor deelnemers uit de industrie zullen de voortdurende stijging van de R&D-investeringen, doorbraken in belangrijke technologische knelpunten en de optimalisatie van productieprocessen de sleutel zijn tot het behouden van concurrentievoordeel. In het bijzonder moeten we aandacht besteden aan de technische uitdagingen die worden veroorzaakt door hoogspanningssystemen van 800 V en hoger, evenals aan de mogelijkheden voor productinnovatie onder de trend van intelligentie en netwerkconnectiviteit. Alleen door gelijke tred te houden met de ontwikkeling van de nieuwe energie-industrie kunnen we nieuwe doorbraken bereiken op het traditionele gebied van relais en een grotere bijdrage leveren aan de mondiale energietransitie.