Analiză aprofundată a aplicației cheie și a tendinței de dezvoltare a releelor ​​în domeniul energiei noi

Ca o componentă de bază a sistemului de control electric, releele joacă un rol de neînlocuit în domeniul energiei noi. Odată cu dezvoltarea rapidă a producției de energie fotovoltaică, a energiei eoliene, a vehiculelor cu energie nouă și a altor industrii, tehnologia releelor ​​a introdus noi oportunități și provocări. Acest raport va analiza în mod cuprinzător status quo-ul aplicațiilor, descoperirile tehnologice, modelul pieței și direcția viitoare de dezvoltare a releelor ​​în diferite domenii ale energiei noi.

Scenarii de aplicare de bază ale noilor relee de energie

Sistem de generare a energiei fotovoltaice

În domeniul generării de energie fotovoltaică, releele poartă dubla responsabilități de control al circuitelor și protecție a sistemului, iar aplicațiile lor rulează prin legături cheie, cum ar fi rețele fotovoltaice, invertoare și sisteme de stocare a energiei.

Pentru controlul matricei fotovoltaice, releele realizează în principal funcții de transmisie a energiei și comutare a circuitelor. Tensiunea și curentul de ieșire generate de panourile fotovoltaice sunt relativ mici, necesitând amplificarea releului. Releele fotovoltaice moderne necesită rezistență de contact extrem de scăzută (≤10mΩ) și capacitate de răspuns rapid (timp de acțiune ≤20ms) pentru a asigura funcționarea eficientă a sistemului.

Protecția invertorului este o aplicație cheie a releelor ​​în sistemele fotovoltaice. Invertorul este responsabil pentru transformarea curentului continuu generat de panourile fotovoltaice în curent alternativ, în timp ce releul controlează conexiunea dintre partea de curent continuu și invertor. Ieșirea DC a centralei fotovoltaice este conectată la invertor prin releu, iar atunci când sistemul detectează o anomalie a rețelei sau o defecțiune a echipamentului, releul va întrerupe rapid circuitul pentru a preveni extinderea accidentului. În special în instalațiile fotovoltaice cu sisteme de stocare a energiei, releul trebuie, de asemenea, să gestioneze procesul de încărcare și descărcare a bateriei pentru a asigura trecerea fără probleme la modul de alimentare de urgență în cazul unei întreruperi de rețea.

Vehicule noi cu energie și instalații de încărcare

Arhitectura electrică a vehiculelor cu energie nouă este fundamental diferită de cea a vehiculelor tradiționale cu combustibil, tensiunea de funcționare a circuitului principal depășind în general 200V, mult mai mare decât sistemul 12-48V al vehiculelor tradiționale. Această caracteristică de înaltă tensiune face ca releele să joace un rol mai critic în vehiculele cu energie nouă.

Protecția de siguranță la înaltă tensiune este funcția de bază a releelor ​​în vehiculele cu energie nouă. În cazul unei coliziuni a vehiculului sau când sistemul detectează o defecțiune, releul DC de înaltă tensiune este capabil să întrerupă conexiunea dintre bateria de alimentare și întregul circuit al vehiculului în milisecunde, prevenind riscul de electrocutare și incendiu. Circuitele DC, care nu au caracteristicile peste zero ale AC, produc arcuri care sunt mai greu de stins, ceea ce impune cerințe extrem de mari asupra capacității de stingere a arcului a releului.

În sistemul de management al bateriei (BMS), releele sunt implicate în controlul procesului de încărcare și descărcare a bateriei de alimentare pentru a preveni deteriorarea bateriei cauzată de supraîncărcare și supradescărcare. În special în scenariul de recuperare a energiei de frânare, releul trebuie să ajusteze intensitatea recuperării energiei în timp real în funcție de starea de conducere a vehiculului și de starea bateriei, ceea ce impune cerințe mai mari privind viteza de răspuns și acuratețea controlului releului.

Sistemul de încărcare este, de asemenea, inseparabil de suportul releelor ​​de înaltă performanță. Odată cu popularitatea tehnologiei de încărcare rapidă de înaltă tensiune de 800 V, puterea de încărcare a fost mult crescută, ceea ce impune cerințe mai stricte privind tensiunea nominală, capacitatea de purtare a curentului și capacitatea de stingere a arcului a releelor.

Descoperiri tehnologice cheie și design inovator

Confruntându-se cu cerințele dure de înaltă tensiune, curent ridicat și comutare frecventă, unice pentru noile aplicații energetice, producătorii de relee au realizat progrese semnificative în știința materialelor, proiectarea structurală și procesul de fabricație.

Tehnologia de etanșare ceramică este în prezent cea mai populară soluție pentru releele DC de înaltă tensiune. Metoda tradițională de etanșare cu rășină epoxidică este predispusă la îmbătrânire în condiții de temperatură ridicată și presiune înaltă, în timp ce materialul ceramic are o izolație excelentă, rezistență la căldură și rezistență mecanică. Xiamen Hongfa Power Electric Co., Ltd. folosește ceramică de înaltă puritate ca material pentru cavitate, etanșează contactele din cavitate prin procesul de lipire și le umple cu amestec de gaz pe bază de hidrogen pentru a crea un mediu de lucru stabil. Acest design face ca contactele să fie mai puțin susceptibile de a se oxida la temperaturi ridicate și la eroziunea arcului și menține o conductivitate electrică bună chiar și în etapele mijlocii și târzii ale duratei lor de viață.

În ceea ce privește materialele de contact, industria a evoluat de la aliajele tradiționale de argint la tehnologia de contact compozită. Pentru noi aplicații de energie în nevoile de rupere cu curent ridicat, producătorii au dezvoltat adăugarea de elemente speciale (cum ar fi SnO₂, CuO și alți oxizi metalici) din materiale compozite pe bază de argint, aceste materiale au o rezistență bună la eroziunea arcului și caracteristici de rezistență scăzută la contact.

S-au făcut progrese semnificative și în proiectarea sistemelor de circuite magnetice. În circuitele de curent continuu, repulsia electrodinamică generată de curenții mari poate duce la separarea timpurie a contactelor, afectând performanța releului.

Tehnologia SSR (Solid State Relay) este o dezvoltare care a atras multă atenție în ultimii ani. În comparație cu releele electromecanice tradiționale, SSR-urile nu au contacte mecanice și se bazează pe dispozitive semiconductoare pentru a porni și opri circuitul, ceea ce are avantajele unei viteze rapide de comutare, fără uzură a contactului, durată lungă de viață și rezistență la vibrații. Releele cu stare solidă funcționează deosebit de bine în aplicațiile care necesită comutare de înaltă frecvență, cum ar fi sistemele de gestionare a bateriilor.

Tendințe viitoare de dezvoltare

Nivelul tensiunii continuă să crească: odată cu dezvoltarea de noi tehnologii energetice în direcția tensiunii înalte, cum ar fi popularitatea sistemelor de înaltă tensiune de 800V și mai sus, pragul tehnic și valoarea de piață a releelor vor fi crescute în continuare.

Dezvoltare inteligentă: releele moderne de înaltă tensiune încep să integreze senzori de curent și temperatură și interfețe de comunicație, care își pot monitoriza propria stare în timp real și pot feedback la sistemul de control pentru a obține întreținere predictivă și avertizare de defecțiuni. Deși prețul unitar al unor astfel de relee inteligente este mai mare, acestea pot îmbunătăți semnificativ fiabilitatea și siguranța sistemului.

Inovație de materiale și procese: producătorii explorează noi materiale de contact, tehnologie mai eficientă de stingere a arcului și proiecte structurale mai compacte. De exemplu, utilizarea materialelor semiconductoare cu lățime de bandă largă, cum ar fi carbura de siliciu (SiC), poate îmbunătăți semnificativ viteza de comutare și capacitatea de rezistență la tensiune a releelor.

Domenii de aplicație extinse: Pe lângă domeniile tradiționale fotovoltaice și vehicule cu energie nouă, cererea de relee de înaltă tensiune în domenii emergente, cum ar fi sistemele de stocare a energiei și rețelele inteligente, crește rapid. În special în sistemele de stocare a energiei de la rețea și de la utilizator, releele de înaltă tensiune joacă un rol cheie în protecția și controlul circuitelor.

Concluzie

Ca o componentă cheie a noilor sisteme energetice, progresul tehnologic și dezvoltarea industrială a releelor sunt strâns legate de noua revoluție energetică. De la comutatorul inițial simplu de circuit, până la funcțiile integrate de detectare, comunicare și control inteligent de astăzi ale „releului inteligent”, această componentă electronică tradițională trece printr-o schimbare profundă.

În următorii 5-10 ani, odată cu adâncirea transformării structurii energetice globale, tehnologia releelor ​​va continua să se dezvolte în direcția tensiunii înalte, inteligenței și fiabilității ridicate. Deși tehnologia releelor ​​în stare solidă continuă să progreseze, dar bazată pe considerente economice și de fiabilitate, releele electromecanice de înaltă tensiune DC pe termen scurt și mediu vor rămâne curentul principal al pieței.

Pentru participanții din industrie, creșterea continuă a investițiilor în cercetare și dezvoltare, progrese în blocajele tehnologice cheie, optimizarea proceselor de producție vor fi cheia menținerii avantajului competitiv. În special, ar trebui să acordăm atenție provocărilor tehnice aduse de sistemele de înaltă tensiune de 800V și mai sus, precum și oportunităților de inovare a produselor sub tendința de inteligență și conectivitate la rețea. Numai ținând pasul cu pulsul dezvoltării noii industrii energetice putem obține noi descoperiri în domeniul tradițional al releelor ​​și putem aduce contribuții mai mari la tranziția energetică globală.