Proč zvolit LED osvětlení od LED4industry?

 

Detail svítidla Vigilant High Bay

Obr. 1. Skladba LED svítidla

Obr. 2. Nejčastější důvody selhání LED systémů;

nejčastěji pozorovaná selhání z průzkumu

členů LED Systems Reliability Consortium;

množství výskytu znamená, kolik firem tento

důvod selhání zaznamenalo

Obr. 3. Pyramida orientačních hodnot pro

posouzení kvality LED svítidel

Určování spolehlivosti komerčních LED svítidel

 

 

Otázka životnosti komerčních LED svítidel je v současné době velmi aktuální. Mezi veřejností však koluje mnoho mýtů a omylů a mnohdy ani samotní prodejci nevědí, co vlastně údaj o životnosti znamená.

 

Životnost tradičních zdrojů (žárovkových, zářivkových, výbojkových atd.) je odhadována na základě postupů stanovených v průmyslových standardech. Typicky je statisticky významný vzorek zdrojů testován v provozu, dokud 50 % z nich neselže. Tento časový bod definuje jmenovitou životnost zdroje. Světelní technici následně na základě letitých zkušeností mohou tyto údaje o životnosti společně s údaji o poklesu světelného toku bezpečně použít ke svým světelnětechnickým návrhům, mohou snadno naplánovat údržbu, obměnu zdrojů a ekonomickou návratnost.


LED technologie však mění několik aspektů tohoto tradičního přístupu:

  • LED běžně neselhávají naráz jako tradiční zdroje, ale většinou pomalu degradují,

  • vlivem velmi dlouhé životnosti LED je problematické získávat data o dlouhodobé spolehlivosti z reálných zařízení,

  • světelný výkon a životnost LED velmi závisejí na elektrických a teplotních podmínkách, které jsou určeny samotným svítidlem a kvalitou návrhu celého systému.

 

Určování životnosti, popř. spolehlivosti LED svítidel je proto trochu problematičtější.
Podle čeho se mají technici orientovat při určování cyklu údržby LED svítidel?

K jakým závadám může v průběhu života osvětlení LED dojít a na co si dát při výběru pozor?

 
Porozumění tomu, co je životnost LED

Definice užitečné životnosti svítidel je udávána jako počet hodin v provozu, během kterých světelný výkon poklesne na úroveň 70 % původního světelného výkonu. Stupeň životnosti označovaný jako L70 je založen na výsledcích zrakového výzkumu, z nichž vyplývá, že v podmínkách zařízení pro všeobecné osvětlení není lidské oko schopno zaznamenat pokles světla, dokud nepřekročí hranici 30 %. Výrobci LED stanovují křivky poklesu světelného výkonu svých produktů v testech extrapolací poklesu výkonu až na 70 %. V závislosti na způsobu použití mohou být uvedeny další stupně životnosti jako L50 nebo L80. Průměrná doba životnosti je většinou výrobců osvětlení LED udávána v rozsahu 25 000 až 60 000 hodin. Rozumí se jí spíše teoretická stálost světelného toku.

 

Životnost LED komponenty a stálost světelného toku

LED komponenta je v dobře navrženém systému, jehož částmi jsou kvalitní tepelný management, řízení výkonu LED komponenty, ochrana proti přehřátí apod., tím nejsilnějším článkem, v podstatě nikdy neselže.

Jako každá elektrosoučástka však podléhá opotřebení a její výkon degraduje. Na rychlos tpoklesu výkonu LED komponenty má vliv jednak kvalita a kompatibilita předřadníku (LED driveru) s celým systémem a jednak samotný teplotní management. Jinými slovy, jakým teplotám je LED komponenta v rámci LED světelného zdroje a vlastně celého LED svítidla vystavena (neboli jak kvalitně je zajištěn odvod tepla). Poznat lépe kvalitu návrhu svítidla pomohou výsledky dále uvedených testů.

 

Testy Energy Star® pro testování LED svítidel

IES LM-79-08 (LM-79), In-situ Temperature Measurement Test (ISTMT), IES LM-80

1. IES LM-79 – fotometrický a elektronický test

2. Testování stálosti světelného toku (ISTMT,IES LM-80, IES TM-21)

   2.1 ISTMT je zkušební metoda odvozená z bezpečnostní normy ANSI/UL1598, která hledá nejteplejší LED komponentu v systému zdroje či svítidla. Test probíhá ve svítidle nebo zdroji v určeném zařízení podle příslušné normy. Výrobce svítidla si určí tři alternativní místa k měření teploty LED komponenty (teplota pájecího bodu, pouzdra nebo desky). Tyto alternativní body pro měření teploty přechodu jsou souhrnně označovány jako TMPLED ( Temperature Measuring Points). Všechny jsou používány k jedinému účelu – korelují vnější teploty k teplotě přechodu, kteráje u LED používána k určení stálosti světelného toku. Aby bylo možné použít TMPLED k určení stálosti světelného toku, musejí být tyto body ve shodě s body použitými při LM-80. Obecně platí, čím nižší teplota in-situ, tím lepší předpoklady pro delší životnost LED komponenty.

   2.2 IES LM-80 je schválená zkušební metoda pro výrobce LED komponent k určení stálosti světelného toku. Vyžaduje, aby testované vzorky byly v provozu minimálně 6 000 hodin. Test je vykonáván pro teploty 55 °C, 85 °C, třetí si stanoví výrobce sám. Světelný výkon, napětí a další metriky výkonu jsou měřeny a zaznamenávány minimálně každých 1 000 hodin.

   2.3 IES TM-21 je projekcí dlouhodobé stálosti světelného toku LED komponent, která syntetizuje výsledky obou předchozích testů – ISTMT (nejteplejší bod LED komponent ve svítidle) a LM-80 ke stanovení dlouhodobé stálosti světelného toku LED komponenty. Světelný tok je možné promítnout na pěti a půl násobek, popř. šesti násobek doby trvání LM-80 v závislosti na velikosti vzorku použitého při testu LM-80. Pokles světelného toku však není zásadním ukazatelem životnosti LED svítidel.

 

Jmenovitá životnost

Jmenovitá životnost je dalším aspektem k určení spolehlivosti LED zdrojů a LED svítidela významně se podílí na určování jejich životnosti, popř. záruky. Jmenovitá životnost svítidla nebo světelného zdroje je definována, podle normy ANSI/IES RP-16, jako délka života přiřazená k určitému typu zdroje. To je běžně statistický odhad střední hodnoty provozní životnosti. Tato střední hodnota životnosti jedné LED ignoruje rozptyl výsledků z nejlepšího k nejhoršímu napříč množstvím LED komponent. Hodnocení stálosti světelného toku na základě výsledků pro jednu LED tak nadhodnocuje výsledky stálosti světelného toku poloviny ze všech LED komponent a snižuje výsledky ostatních. Jmenovitá životnost LED svítidla nebo světelného zdroje v hodinách stanovená výrobcem platí za stanovených kritérií a určitých provozních podmínek. Statistický údaj o jmenovité životnosti je určen Bp a měřen je v hodinách, kde P je procento.

Příklad: Údaj výrobce životnost svítidla (B50 L70) (víc by slušelo pojmenování stálost světelného toku) je 35 000 hodin lze interpretovat jako teoretický příslib výrobce, že při teplotě 25 °C bude po 35 000 hodinách provozu minimálně 50 % svítidel nad hranicí 70 % původního výkonu. Jak je ale známo, svítidlo se skládá z více částí než jen LED, a jak praví jedna stará pravda, řetěz je jen tak pevný jako jeho nejslabší článek. Každá část svítidla může být potenciálním zdrojem poruchy (obr. 1). Paradoxně, ačkoliv se věnuje LED komponentě největší pozornost, je tou nejméně poruchovou částí systému. V dobře navrženém systému v podstatě nikdy neselže. Jaké jsou tedy nejčastější příčiny selhání LED produktů?

 

Postupná degradace vs. kritické poruchy

Postupnou degradací se rozumí degradace jasu LED komponenty, degradace jasu vlivem působení systému jako celku (materiálu, ostatních komponent). Kritickou poruchou se rozumí katastrofické selhání subsystému (elektroniky) vedoucí k úplné ztrátě světelného výkonu nebo jeho významné části (úplné selhání LED nebo skupiny LED komponent).

 

Změna barvy

Stálost barvy je nedílnou součástí životnosti LED svítidla nebo zdroje. Její změnu může způsobit samotná LED komponenta nebo optická, popř. odrazná část svítidla. Jestliže LED komponenta změní barvu mimo limit daného využití, je to považováno za selhání svítidla. Zatím však není schválena obecná zkušební norma, která by dovolila předpovídat stálost barevného podání. Tento problém úzce souvisí s designem celého systému, s teplotním managementem, použitým materiálem, optikou i s provozními podmínkami. Při používání LED svítidla podle instrukcí výrobce je změna barvy světla důvodem uplatnit záruku v rámci dané lhůty.

 

Úplná ztráta světla

Příčinou může být selhání napájení, koroze elektrického spojení, která zastaví přívod elektrického proudu do kritických součástí, poškození kritické části systému z důvodu vibrací nebo jiné zátěže nad rámec toho, co svítidlo zvládne.

Náhlé selhání na úrovni LED komponenty bývá nejčastěji způsobeno ztrátou elektrického kontaktu – uvolněný vodič nebo spoj např. nedokonalým spájením. Mezi další typy poruch LED osvětlení patří úbytek plochy zářiče z důvodu šíření závady, praskání závitů a koroze kontaktů či reflexní části. Všechny tyto části světelného zdroje jsou vystaveny působení okolní teploty, vlhkosti a elektrického proudu. Neočekávanou závadu na samotné LED komponentě může prostřednictvím poškození vrstvy zářiče nebo vnitřních propojení diody způsobit také elektrostatický výboj a elektrické přepětí.

Životnost ostatních klíčových elektrických komponent (driver, napájecí zdroj) pomůže odhadnout tzv. střední doba do poruchy (MTTF –Mean time to Failure). Výsledky měření by měl mít výrobce k nahlédnutí. Rozhodujícím bodem životnosti je zase provozní teplota a teplotní odolnost jednotlivých komponent.

 
Odhad střední doby bezporuchového provozu svítidla

Pro odhad střední doby bezporuchového provozu celého LED svítidla lze sloučit veškeré střední doby bezporuchového provozu klíčových komponent. Jestliže se výrobek skládá jen z několika málo základních komponent, jež jsou brány jako základ pro výpočet spolehlivosti výrobku, a jestliže jsou používány osvědčené metody z prostředí výroby svítidel, je možné spolehlivost výrobku odhadnout s přiměřenou jistotou. To je také základem interních metod výrobců svítidel pro odhad spolehlivosti stanovených výrobků.

 

Průzkum typů selhání

LED Systems Reliability Consortium vypracoval studii, která má pomoci k identifikaci potenciálních druhů poruch a obecně ukazuje na nejslabší místa systému. Graf na obr. 2 poskytuje jen informaci, jaké oblasti si zaslouží pozornost uživatele.

 
Doporučení pro nakupující

Zaměřte se na kvalifikované dodavatele. Pochopte, jaké metody prodejce používá jako důkaz spolehlivosti, jaké nabízí záruky a požadujte patřičné dokumenty.

Pochopte záruku. Co záruka pokrývá a co nikoliv? Je záruční doba přiměřeným podílem uváděné životnosti? Bude mít výrobce v případě potřeby kompatibilní náhradní díly?

Vyhněte se používání produktů jejichž údaje o spolehlivosti jsou založeny na z hlediska celého svítidla nepodstatných věcech, jako je stálost světelného toku LED komponenty. Dejte si na čas, porovnávejte svítidla, vyžádejte si dodatečné informace, zprávy z testů akreditovaných laboratoří apod., neporovnávejte jen vstupní investice, ale porovnávejte náklady v rámci celé životnosti LED svítidel.

 
Závěr

Zatím neexistuje průmyslový standard, který by umožňoval objektivně porovnat životnost jednotlivých LED svítidel jako celek. Nicméně teplota in-situ, LM-79, LM-80 a projekce TM-21 dokážou velmi věrohodně nastínit a uživateli dát znát, jak dobře je vyřešen celkový návrh svítidla (teplotní management tedy životnost LED komponenty v podmínkách svítidla). Přidá-li k tomu výrobce odpovídající záruku, ideálně na kompletní svítidlo (tedy všechny jeho části), včetně záruky světelného výkonu pro L70, je to známka solidnosti. Následně už jen stačí „proklepnout si“ výrobce – silná stabilní firma s tradicí, dobrým jménem a dobrým zázemím, která je schopna dostát svým zárukám. Nejlépe obchodovaná na burze cenných papírů, s pravidelně auditovaným hospodařením a reálnými pozitivními referencemi.

 

Literatura:
[1] ENERGY STAR®: Manufacturer’s Guide for
Qualifying Solid State Lighting Luminaires.
[2] LED Lighting Facts [on-line]. Dostupné na:
http://www.lightingfacts.com/downloads/lumen_
maintenance_faq.pdf
[3] http://ieslightlogic.org
[4] LED Luminaire Lifetime: Recommendations for
testing and reporting, Solid-State Lighting product
quality initiative. LED Systems Reliability
Consortium, Third Edition, September 2014.
[5] http://cool.conservation-us.org/byorg/us-doe/
guide_lumen_maintenance.pdf LED Measurement
Series: LED Luminaire Reliability
[6] https://http://www.energystar.gov/ia/partners/
downloads/meetings/2011/LED%20Lighting%20
Standards%20in%20ES%20Programs.pdf Lighting
Standards in Program - Jianzhong Jiao, Ph.D.
[7] DesignLights Consortium® Manufacturer’s Guide,
September 10, 2013.

 

ELEKTRONICKÁ VERZE ČLÁNKU KE STAŽENÍ ZDE.

 

Autorem článku je Ing.Zdeněk Medřický, článek byl zveřejněn v časopise ELEKTRO 3/2015 - elektrotechnická praxe

Všechna práva vyhrazena, Copyright 2015 © FAWOO TECH CZ s.r.o.