Dubinska analiza ključne primjene i trenda razvoja releja u području nove energije

Kao temeljna komponenta električnog upravljačkog sustava, releji igraju nezamjenjivu ulogu u području nove energije. S brzim razvojem fotonaponske proizvodnje energije, proizvodnje energije vjetra, novih energetskih vozila i drugih industrija, relejna tehnologija otvorila je nove prilike i izazove. Ovo će izvješće sveobuhvatno analizirati status quo primjene, tehnološka otkrića, tržišne obrasce i smjer budućeg razvoja releja u različitim područjima nove energije.

Osnovni scenariji primjene novih energetskih releja

Fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije

U području fotonaponske proizvodnje energije, releji imaju dvostruku odgovornost upravljanja strujnim krugom i zaštite sustava, a njihove se primjene odvijaju kroz ključne veze kao što su fotonaponski nizovi, pretvarači i sustavi za pohranu energije.

Za upravljanje fotonaponskim nizom, releji uglavnom ostvaruju funkcije prijenosa energije i sklopke krugova. Izlazni napon i struja koje generiraju fotonaponski paneli relativno su mali, što zahtijeva relejno pojačanje. Moderni fotonaponski releji zahtijevaju izuzetno nizak kontaktni otpor (≤10mΩ) i sposobnost brzog odziva (vrijeme djelovanja ≤20ms) kako bi se osigurao učinkovit rad sustava.

Zaštita pretvarača ključna je primjena releja u PV sustavima. Inverter je odgovoran za pretvaranje istosmjerne energije koju generiraju fotonaponski paneli u izmjeničnu struju, dok relej kontrolira vezu između istosmjerne strane i pretvarača. Istosmjerni izlaz PV postrojenja povezan je s pretvaračem preko releja, a kada sustav detektira abnormalnost mreže ili kvar opreme, relej će brzo prekinuti krug kako bi spriječio širenje nesreće. Posebno u fotonaponskim instalacijama sa sustavima za pohranu energije, relej također treba upravljati procesom punjenja i pražnjenja baterije kako bi se osiguralo besprijekorno prebacivanje na način napajanja u slučaju nužde u slučaju nestanka mreže.

Nova energetska vozila i postrojenja za punjenje

Električna arhitektura novih energetskih vozila bitno se razlikuje od one tradicionalnih vozila na gorivo, s radnim naponom glavnog kruga koji općenito prelazi 200 V, što je mnogo više od sustava 12-48 V tradicionalnih vozila. Ova visokonaponska karakteristika čini releje važnijom ulogom u novim energetskim vozilima.

Visokonaponska sigurnosna zaštita temeljna je funkcija releja u novim energetskim vozilima. U slučaju sudara vozila ili kada sustav detektira kvar, visokonaponski istosmjerni relej može prekinuti vezu između napojne baterije i cijelog strujnog kruga vozila u milisekundi, sprječavajući rizik od strujnog udara i požara. DC krugovi, koji nemaju karakteristike iznad nule kao AC, proizvode lukove koje je teže ugasiti, što postavlja izuzetno visoke zahtjeve na sposobnost gašenja luka releja.

U sustavu upravljanja baterijom (BMS), releji su uključeni u kontrolu procesa punjenja i pražnjenja baterije za napajanje kako bi se spriječilo oštećenje baterije uzrokovano prekomjernim punjenjem i prekomjernim pražnjenjem. Osobito u scenariju povrata energije kočenja, relej mora prilagoditi intenzitet povrata energije u stvarnom vremenu prema statusu vožnje vozila i statusu baterije, što postavlja veće zahtjeve za brzinu odziva i točnost upravljanja releja.

Sustav punjenja također je neodvojiv od podrške releja visokih performansi. S popularnošću visokonaponske tehnologije brzog punjenja od 800 V, snaga punjenja je znatno povećana, što postavlja strože zahtjeve za nazivni napon, nosivost struje i sposobnost gašenja luka releja.

Ključna tehnološka otkrića i inovativni dizajn

Suočavajući se sa strogim zahtjevima visokog napona, visoke struje i čestih preklapanja jedinstvenih za nove energetske primjene, proizvođači releja postigli su značajan napredak u znanosti o materijalima, konstrukcijskom dizajnu i procesu proizvodnje.

Tehnologija keramičkog brtvljenja trenutno je najčešće korišteno rješenje za visokonaponske istosmjerne releje. Tradicionalna metoda brtvljenja epoksidnom smolom sklona je starenju pod uvjetima visoke temperature i visokog tlaka, dok keramički materijal ima izvrsnu izolaciju, otpornost na toplinu i mehaničku čvrstoću. Xiamen Hongfa Power Electric Co., Ltd. koristi keramiku visoke čistoće kao materijal za šupljinu, brtvi kontakte u šupljini postupkom tvrdog lemljenja i puni ih plinskom smjesom na bazi vodika kako bi se stvorilo stabilno radno okruženje. Ovaj dizajn smanjuje vjerojatnost oksidacije kontakata pod visokim temperaturama i lučnom erozijom te održava dobru električnu vodljivost čak iu srednjim i kasnijim fazama njihovog životnog vijeka.

Što se tiče kontaktnih materijala, industrija je evoluirala od tradicionalnih legura srebra do kompozitne kontaktne tehnologije. Za nove energetske primjene pri visokim strujnim prekidnim potrebama, proizvođači su razvili dodatak posebnih elemenata (kao što su SnO₂, CuO i drugi metalni oksidi) kompozitnih materijala na bazi srebra, ti materijali imaju dobru otpornost na eroziju električnog luka i karakteristike niske kontaktne otpornosti.

Također je postignut značajan napredak u dizajnu sustava magnetskih krugova. U istosmjernim krugovima, elektrodinamičko odbijanje koje stvaraju visoke struje može dovesti do ranog odvajanja kontakata, što utječe na rad releja

Tehnologija poluprovodničkih releja (SSR) je razvoj koji je privukao veliku pozornost posljednjih godina. U usporedbi s tradicionalnim elektromehaničkim relejima, SSR-ovi nemaju mehaničke kontakte i oslanjaju se na poluvodičke uređaje za uključivanje i isključivanje strujnog kruga, što ima prednosti velike brzine prebacivanja, bez trošenja kontakta, dugog vijeka trajanja i otpornosti na vibracije. Solid State releji rade posebno dobro u aplikacijama koje zahtijevaju visokofrekventno prebacivanje, kao što su sustavi upravljanja baterijama.

Trendovi budućeg razvoja

Razina napona nastavlja rasti: s razvojem nove energetske tehnologije u smjeru visokog napona, kao što je popularnost visokonaponskih sustava od 800 V i više, tehnički prag i tržišna vrijednost releja dodatno će se podići.

Inteligentni razvoj: moderni visokonaponski releji počinju integrirati strujne i temperaturne senzore i komunikacijska sučelja, koji mogu pratiti vlastiti status u stvarnom vremenu i povratnu informaciju upravljačkom sustavu kako bi se postiglo prediktivno održavanje i upozorenje o kvaru. Iako je jedinična cijena takvih inteligentnih releja viša, oni mogu značajno poboljšati pouzdanost i sigurnost sustava.

Inovacija materijala i procesa: Proizvođači istražuju nove kontaktne materijale, učinkovitiju tehnologiju gašenja luka i kompaktnije konstrukcijske dizajne. Na primjer, upotreba poluvodičkih materijala široke pojasne širine kao što je silicijev karbid (SiC) može značajno poboljšati brzinu prebacivanja i sposobnost podnošenja napona releja.

Proširena područja primjene: Osim tradicionalnih fotonaponskih i novih energetskih vozila, potražnja za visokonaponskim relejima u novim područjima kao što su sustavi za pohranu energije i pametne mreže također brzo raste. Posebno u sustavima za pohranu energije na strani mreže i sustavima za pohranu energije na strani korisnika, visokonaponski releji igraju ključnu ulogu u zaštiti i kontroli kruga.

Zaključak

Kao ključna komponenta u novim energetskim sustavima, tehnološki napredak i industrijski razvoj releja usko su povezani s novom energetskom revolucijom. Od početnog jednostavnog sklopnog kruga, do današnjih integriranih senzorskih, komunikacijskih i inteligentnih kontrolnih funkcija 'inteligentnog releja', ova tradicionalna elektronička komponenta prolazi kroz duboke promjene.

U sljedećih 5-10 godina, s produbljivanjem transformacije globalne energetske strukture, relejna tehnologija nastavit će se razvijati u smjeru visokog napona, inteligencije i visoke pouzdanosti. Iako tehnologija poluprovodničkih releja nastavlja napredovati, ali na temelju ekonomskih i pouzdanih razmatranja, elektromehanički visokonaponski DC releji u kratkom i srednjem roku ostat će glavni tok tržišta.

Za sudionike u industriji, kontinuirano povećanje ulaganja u istraživanje i razvoj, otkrića u ključnim tehnološkim uskim grlima, optimizacija proizvodnih procesa bit će ključ za održavanje konkurentske prednosti. Posebno bismo trebali obratiti pozornost na tehničke izazove koje donose visokonaponski sustavi od 800 V i više, kao i na mogućnosti inovacije proizvoda u skladu s trendom inteligencije i mrežne povezanosti. Samo ako pratimo puls razvoja nove energetske industrije, možemo postići nove pomake u tradicionalnom području releja i dati veći doprinos globalnoj energetskoj tranziciji.