Nei sistemi di controllo elettrico, i relè, in quanto elementi di commutazione ampiamente utilizzati, influiscono direttamente sulla stabilità operativa dell'intero dispositivo attraverso la durata dei contatti e l'affidabilità. In effetti, la protezione dei contatti dei relè è più rigorosa di quella dei MOSFET perché i relè in genere devono gestire correnti di carico maggiori, soprattutto in scenari di commutazione che coinvolgono carichi induttivi CC (come motori CC, frizioni CC ed elettrovalvole CC). Quando il carico induttivo è spento, la forza controelettromotrice può raggiungere centinaia o addirittura migliaia di volt e la sovratensione risultante può ridurre gravemente la durata dei contatti elettrici dei relè fotovoltaici o addirittura causare danni completi. Anche con correnti piccole (come circa 1 A), la forza elettromotrice posteriore può innescare archi elettrici, portando alla contaminazione da ossido metallico dei contatti elettrici dei relè del pannello solare, aumentando la resistenza dei contatti e, infine, causando guasti ai contatti.
Con carichi CC, le operazioni di commutazione ad alta-frequenza possono provocare una corrosione elettrochimica anomala. Quando si verifica una scarica ad arco elettrico, l'azoto e l'ossigeno presenti nell'aria reagiscono generando prodotti corrosivi. Questo problema è particolarmente pronunciato nei contatti elettrici per applicazioni relè fotovoltaici, dove i sistemi fotovoltaici in genere richiedono frequenti accensioni e spegnimenti. Inoltre, anche il trasferimento di materiale è una causa significativa di mancato contatto. Quando una parte di contatto si scioglie o viene danneggiata, il materiale metallico subisce un trasferimento direzionale, tipicamente concavo sul catodo e convesso sull'anodo. Con il passare del tempo, i contatti sbilanciati potrebbero restare uniti, impedendo al relè di disconnettersi correttamente.
Per i contatti elettrici per relè a pannello solare e i contatti fissi in argento per relè a energia solare, la corrente di spunto proveniente da carichi ad alta-corrente (in particolare carichi capacitivi e induttivi) può generare un arco elettrico, causando la saldatura dei contatti. In questo caso, esistono solo due strategie efficaci: una è utilizzare circuiti di protezione dei contatti e l'altra è selezionare materiali di contatto con resistenza al trasferimento di materiale, come argento-ossido di stagno, argento-tungsteno o contatti compositi di argento-rame. A temperatura e pressione normali, la tensione di rottura dei dielettrici chiave nell'aria è di 200–300 V. Pertanto, l'obiettivo della soppressione è solitamente quello di controllare la tensione attraverso i contatti a 200 V o inferiore per ridurre la probabilità di formazione di archi.
Esistono tre principali soluzioni di circuiti maturi per la protezione dei carichi induttivi CC. Il primo è un circuito RC in serie sul lato bobina del relè, adatto per applicazioni in cui la tensione operativa nominale del relè è inferiore alla tensione di alimentazione. Questo circuito sfrutta la caratteristica che la tensione ai capi di un condensatore non può cambiare bruscamente al momento della chiusura, applicando una tensione più elevata alla bobina per accelerare la velocità di chiusura. Il secondo è un circuito RC parallelo sul lato del rivetto bimetallico per il relè dell'inverter fotovoltaico. Durante la disconnessione, la forza elettromotrice auto-indotta dalla bobina si scarica attraverso il circuito RC, prolungando il tempo di decadimento della corrente ed estinguendo così l'arco. Il terzo, e il più comune, è il circuito a diodi paralleli, utilizzato principalmente per proteggere il transistor del driver. Quando il transistor è spento, il diodo blocca la forza elettromotrice autoindotta dalla bobina a 0,7 V (transistor al silicio) o 0,2 V (transistor al germanio), prevenendo danni al componente del driver.
È importante notare che un diodo standard prolunga significativamente il tempo di ritorno del relè, estendendo così la durata dell'arco e, al contrario, accorciando la durata del contatto. Un relè con un diodo collegato alla bobina può avere un tempo di rilascio di 9,8 ms, mentre il tempo di ritorno senza diodo è di soli 1,5 ms. L'utilizzo di un diodo Zener in serie con un diodo per segnali piccoli-può ridurre il tempo a 1,9 ms, rendendolo una scelta migliore. Per le applicazioni CC ad alta-tensione come i contatti elettrici per relè CC solari e contatti fissi in argento per relè HVDC per l'accumulo di energia fotovoltaica di nuova energia, una progettazione adeguata del circuito di protezione è particolarmente importante perché gli archi CC sono più difficili da estinguere rispetto agli archi CA.
Esistono due metodi di protezione inutilizzabili che gli elettricisti devono evitare nelle applicazioni pratiche. Il primo consiste nell'utilizzare componenti di protezione non corrispondenti in scenari di commutazione ad alta-frequenza CC, che possono portare alla corrosione blu-verde dei contatti (generata da ossidi di azoto dovuti a scariche elettriche). Il secondo è ignorare i fenomeni di trasferimento di materiale e utilizzare materiali inadatti a picchi di corrente elevati-nei contatti elettrici per interruttori solari, che possono facilmente causare saldatura e adesione dei contatti.
Per i carichi induttivi, sebbene la gestione sia più difficile rispetto ai carichi resistivi, l'utilizzo di un'adeguata combinazione di circuiti di protezione e materiali di contatto può migliorare significativamente le prestazioni. Proteggere la bobina del relè è importante quasi quanto proteggere il contatto elettrico ossidato del relè solare; entrambi devono essere considerati olisticamente. Nell'ingegneria pratica, si consiglia di collegare un circuito di estinzione dell'arco RC-in parallelo sui contatti del relè e contemporaneamente collegare una combinazione di diodi-serie Zener in parallelo sul lato bobina per bilanciare il rapporto tra velocità di attivazione-, tempo di rilascio e durata del contatto.
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