固態(tài)繼電器將伴隨儲能行業(yè)騰飛

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）固態(tài)繼電器（Solid State Relay，SSR）是一種專門用于電力系統(tǒng)中的繼電器，主要用于保護(hù)和控制電力設(shè)備。它不僅可以控制高電壓和大電流的電路，還具有多種保護(hù)功能，如過載保護(hù)、短路保護(hù)、接地故障保護(hù)等。

固態(tài)繼電器通常集成了先進(jìn)的電子電路和微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的測量和快速響應(yīng)，確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。而在儲能系統(tǒng)中，固態(tài)繼電器的應(yīng)用非常廣泛，并且伴隨著儲能行業(yè)的發(fā)展，固態(tài)繼電器也正被帶動加速前進(jìn)。

固態(tài)繼電器更適合儲能領(lǐng)域

繼電器作為關(guān)鍵的自動控制組件，下游應(yīng)用包括汽車、家用電器、工業(yè)控制等傳統(tǒng)市場，以及航天航空、新能源、人工智能、智能制造、儲能等新興領(lǐng)域。所有的繼電器都能夠控制電力，但并非所有繼電器都是電力繼電器。

所謂電力繼電器，是專門設(shè)計(jì)用來處理高電流開關(guān)的產(chǎn)品，其觸點(diǎn)的內(nèi)置容量能夠處理較大的電流，加上它們更大的尺寸和更強(qiáng)大的線圈，使得電力繼電器成為在開關(guān)通常超過10安的電流時的良好選擇。

與常規(guī)繼電器一樣，電力繼電器分為兩種基本類型，電磁式和固態(tài)式。電磁式電力繼電器使用電線圈、磁場、彈簧、可移動鐵芯和觸點(diǎn)來控制設(shè)備的電力。而用于高功率應(yīng)用的固態(tài)繼電器可以使用無運(yùn)動部件來切換交流或直流電流。它們?nèi)《褂?a target="_blank">半導(dǎo)體，例如可控硅（SCR）、交流三極管（TRIAC）或開關(guān)晶體管來切換電流。

由于固態(tài)繼電器沒有機(jī)械觸點(diǎn)和運(yùn)動部件，不存在觸點(diǎn)磨損、氧化、粘連等問題，能夠在高沖擊、振動的環(huán)境下穩(wěn)定工作，使用壽命長，這對于儲能系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行非常有利，可減少因繼電器故障導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)和維護(hù)次數(shù)。

并且固態(tài)繼電器其開關(guān)速度快，可從幾毫秒至幾微秒，能夠快速地實(shí)現(xiàn)電路的通斷控制，在一些對控制精度和響應(yīng)速度要求較高的儲能應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色，如儲能系統(tǒng)的充放電控制、能量管理系統(tǒng)中的快速切換等，可以更精確地控制儲能設(shè)備的工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的整體性能和效率。

同時該繼電器無觸點(diǎn)、無火花，不會產(chǎn)生電磁干擾，且大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是零電壓開關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，能有效減少電流波形的突然中斷，從而降低開關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)和射頻干擾，有利于儲能系統(tǒng)中其他電子設(shè)備的正常運(yùn)行，減少電磁干擾對系統(tǒng)的影響。

不過固態(tài)繼電器也存在一定的局限性，除了成本較高外，固態(tài)繼電器在導(dǎo)通后會有一定的管壓降，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達(dá) 1-2V，大功率晶體管的飽和壓降也在 1-2V 之間，一般功率場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻也較機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻大，導(dǎo)致導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量較大，需要較大的散熱空間和散熱措施，這可能會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和體積。

另外，固態(tài)繼電器對過載較為敏感，一旦出現(xiàn)過載情況，容易導(dǎo)致器件損壞，因此需要配備快速熔斷器或 RC 阻尼電路等過載保護(hù)裝置，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

儲能市場帶動固態(tài)繼電器快速發(fā)展

19世紀(jì)30年代，美國物理學(xué)家約瑟夫·亨利在研究電路控制時，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)明了繼電器。但直到20世紀(jì)70年代末，固態(tài)繼電器才開始得到實(shí)際應(yīng)用。最早的固態(tài)繼電器主要用于軍事和航空航天領(lǐng)域，因?yàn)檫@些領(lǐng)域?qū)煽啃院托阅艿囊蠓浅８摺?br />
20世紀(jì)50年代到90年代末，繼電保護(hù)完成了發(fā)展的4個階段，即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。而今隨著科技的不斷發(fā)展，固態(tài)繼電器將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

從市場來看，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，2023年全球固態(tài)繼電器市場規(guī)模達(dá)到53.81億元，至2029年將達(dá)到79.44億元。亞太地區(qū)為最大的固態(tài)繼電器市場，市場份額約為54%。中國則在亞太地區(qū)占據(jù)重要地位，2023年市場份額達(dá)到29.35%。

在中國市場中，領(lǐng)先的繼電器品牌包括歐姆龍、宏發(fā)、施耐德等，其中宏發(fā)科技股份有限公司是國內(nèi)繼電器生產(chǎn)最大的企業(yè)，其產(chǎn)品涵蓋了電磁繼電器、電感繼電器、時間繼電器等多個領(lǐng)域。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，近年來儲能市場呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。從全球范圍來看，2023 年第三季度全球儲能電池產(chǎn)量達(dá)到了14332千兆瓦時，同比增長率高達(dá)101.6%。儲能系統(tǒng)在電力、交通、工業(yè)等多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為固態(tài)繼電器創(chuàng)造了持續(xù)的市場需求。

在儲能系統(tǒng)中，固態(tài)繼電器是電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，用于控制電池的充放電過程，實(shí)現(xiàn)對電池組的過流、過壓、過熱等保護(hù)功能，確保電池系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著儲能電池裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對用于電池管理系統(tǒng)的固態(tài)繼電器需求也將同步增長。

此外，固態(tài)繼電器在儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，用于實(shí)現(xiàn) AC-DC 和 DC-AC 之間的轉(zhuǎn)換控制，保證電能的高效傳輸和轉(zhuǎn)換。儲能系統(tǒng)功率等級的不斷提升，將進(jìn)一步推動對高功率固態(tài)繼電器的需求。

在分布式太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電系統(tǒng)中，儲能設(shè)備用于存儲多余的電能，以提高能源利用效率和電網(wǎng)穩(wěn)定性。固態(tài)繼電器可用于控制儲能設(shè)備與電網(wǎng)之間的連接和斷開，實(shí)現(xiàn)分布式能源的靈活接入和管理，隨著分布式能源的快速發(fā)展，其對固態(tài)繼電器的需求也將不斷增加。

而微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。固態(tài)繼電器在微電網(wǎng)中的應(yīng)用包括對儲能系統(tǒng)的控制、負(fù)荷的切換以及電源的協(xié)調(diào)管理等，微電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展將為固態(tài)繼電器帶來新的市場機(jī)遇。

有數(shù)據(jù)顯示，2019年中國固態(tài)繼電器行業(yè)需求量為5.16億只，2020年需求量增至5.39億只。從細(xì)分市場需求來看，2020年中國中高端固態(tài)繼電器需求量為1.92億只，低端固態(tài)繼電器需求量為3.47億只。伴隨著儲能市場的規(guī)模增大，有助于推動固態(tài)繼電器的快速發(fā)展。

總結(jié)

固態(tài)繼電器具有無觸點(diǎn)、高可靠性、長壽命、快速響應(yīng)、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足儲能系統(tǒng)對高性能控制元件的要求。與傳統(tǒng)的電磁繼電器相比，固態(tài)繼電器在頻繁操作、高濕度、強(qiáng)震動等惡劣環(huán)境下具有更好的穩(wěn)定性和可靠性，因此在儲能市場中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其需求也相應(yīng)受到推動。