Допустим, вы подобрали светильник для освещения склада: по мощности, световому потоку и монтажу все устраивает. Да еще и цена на 30-40% меньше рыночной. Купили партию, смонтировали на высоте 14 метров — работает. Отлично!
Вот только через несколько месяцев светильники один за другим начинают выходить из строя. А просто так поменять их не получится — нужно вызывать спецтехнику и привлекать сотрудников с допуском к высотным работам. Теряются время и деньги, которые казалось бы, сэкономили при первоначальной покупке.
Но почему же все-таки перегорают светильники? На практике причин может быть много: от качества электроэнергии до «скруток» проводов. Но чаще проблема кроется в перегреве светодиодов, из-за экономии производителем буквально на всем. В статье разбираемся в нюансах с инженером завода.
Как высокая температура влияет на светодиоды
Сначала кратко погрузимся в физику процесса. Основной компонент, определяющий работу светодиода — это полупроводниковый кристалл, внутри которого реализован p-n переход.
Когда на его выводы подается рабочее напряжение, превышающее потенциальный барьер, переход «открывается». Внутри кристалла начинает протекать электрический ток, сопровождающийся испусканием фотонов с определенной длиной волны.
У любого светодиода есть зависимость между приложенным напряжением и током, очень близкая к линейной. Другими словами, подали больше вольт — внутри протекает больше миллиампер, излучается больше люмен. За питание в светильнике отвечает драйвер, который преобразует сетевое переменное напряжение в постоянное низковольтное.
Однако как и любой электрический компонент, светодиод нагревается. И чем больше ток, тем сильнее растет температура p-n перехода. А вместе с этим падает эффективность — светоотдача. Другими словами, меньшая часть потребленной энергии приходится на полезную работу — излучение света.
- Происходит тепловое расширение компаунда, окружающего кристалл — внутри появляются механические напряжения, приводящие к расслоению структуры и ухудшению электрического контакта.
- Разрушается сам p-n переход — при температуре свыше 117 ˚С процесс протекает быстро и необратимо.
- Обеспечить лучшее отведение тепла от светодиодов, за счет повышения площади радиатора и использования более теплопроводных материалов.
- Снизить подаваемый на светодиоды ток, тем самым снизив их нагрев. Хотя при этом световой поток также снизится.
Однако оба подхода приводят к увеличению себестоимости светодиодного освещения. И не все производители готовы мириться со снижением маржинальности или повышению конечной цены для потребителя.
Как производители светильников экономят и к чему это приводит
Наш клиент передал нам сгоревший у него на объекте светильник другого производителя, чтобы разобраться в причинах выхода из строя. Инженер завода ТЕРРА разобрал корпус и выявил некоторые проблемы, связанные в первую очередь с перегревом кристаллов светодиодов из-за удешевления производства. Вот о каких факторах идет речь.
Фактор 1. Использование материала, изготовленного методом литья
Самый простой способ снизить нагрев — сделать так, чтобы светодиодный модуль как можно плотнее контактировал с металлом. Чем он хуже прилегает, тем больше «воздушных карманов» и ниже теплоотвод.
Однако для этого требуется, чтобы основание имело идеально ровную поверхность. А многие производители используют алюминий, изготовленный методом литья под давлением. Это приводит к следующим проблемам:- Пористость — при высокой температуре в расплаве растворяется водород. После затвердевания внутри материала образуются газовые полости, ухудшающие теплоотвод.
- Усадка — когда алюминий затвердевает, материал уменьшается в объеме. Но когда остывание происходит слишком быстро, из-за неоднородного состава зоны на поверхности сжимаются в разной степени. Это нарушает всю геометрию полученной заготовки.
Другими словами, только часть светодиодного модуля прижимается к металлу.
Фактор 2. Использование меньшего количества светодиодов
Исследуемый светильник по документации имел общую мощность потребления 100 Вт. Изучив светодиодный модуль, стало понятно — производитель старался использовать как можно меньше светодиодов. Ведь каждый из них стоит денег.
На плате располагалось 220 светодиодов типа SMD 2835, с номинальной мощностью 0,5 Вт. Чтобы получить итоговую мощность 100 Вт, каждый из них должен был потреблять 0,45 Вт (90% от максимальной).
Такой режим работы нельзя считать нормальным — практически все производители рекомендуют не нагружать светодиоды более, чем на 70-80%. Однако по нашему опыту, для долговременной работы лучше не превышать даже 50% нагрузки.
Фактор 3. Использование силуминового сплава
Для удешевления в светодиодных светильниках иногда применяют силуминовый сплав АК12. Он содержит порядка 10-13% кремния.
Основная проблема такого подхода, кроме высокой хрупкости — теплопроводность. Теплопроводность чистого электротехнического алюминия с содержания Al больше 99,5% составляет 237 Вт/м*С, а силуминового сплава АК12 — 168 Вт/м*С.
Согласно закону теплопроводности Фурье, тепловой поток имеет прямо пропорциональную зависимость от коэффициента теплопроводности. Соответственно, использование силуминового сплава приводит к уменьшению теплоотвода почти на 30%, без учета градиента температуры.
Фактор 4. Расположение драйвера на плате
Другой момент, который сокращает срок службы светильника — где размещается драйвер. В процессе преобразования энергии, часть рассеивается в виде тепла, в зависимости от КПД.
У исследуемого образца драйвер был выполнен в виде электрических компонентов, расположенных прямо на модуле. Это приводит к дополнительному нагреву светодиодов.
В итоге
Наиболее вероятная причина выхода исследуемого светильника из строя — комбинация неудачных конструктивных решений, что приводит к следующим проблемам:- Работа светодиодов под нагрузкой 90% и выше. В светильнике можно поставить меньшее количество кристаллов и сэкономить. Однако при этом резко ускоряется их деградация, и одновременно снижается светоотдача.
- Неплотное прилегание модуля. Из-за использования литьевого сплава, более дешевого, поверхность основания неровная. Теплоотвод между ним и светодиодным модулем нарушен, и рассеять лишнюю тепловую энергию от нагруженных светодиодов невозможно.
- Низкая теплопроводность. Силумин дешевле, но на 30% хуже проводит тепло, чем электротехнический алюминий.
- Размещение драйвера на модуле. Светодиоды дополнительно нагреваются и быстрее деградируют.
Все эти факторы стали причиной выхода светильника из строя всего за несколько месяцев. Заказчик в итоге потратил на замену больше, чем сэкономил при покупке. И подобные проблемы, связанные с перегревом кристаллов светодиодов, встречаются все чаще.
Какие конструктивные решения продлевают жизнь светодиодного освещения
Мы в ТЕРРА разработали светильник такого же круглого форм-фактора, учтя все описанные выше «подводные» камни.
Решение 1. Применение листового алюминия
В светильнике используется материал, изготовленный методом листового проката. Он дороже в производстве, однако в итоге получается идеально ровное основание, которое плотно прилегает к светодиодному модулю по всей плоскости.
Решение 2. Увеличение количества диодов
В светильнике мы применяем светодиодный модуль на 840 светодиодов мощностью 0,5 Вт. Например, для модели мощностью 160 Вт это означает, что светодиод потребляет не более 0,2 Вт — загрузка составляет всего 40%.
Это значительно продлевает срок службы светильника и позволяет получить большую светоотдачу.
Решение 3. Использование электротехнического алюминия
Мы решили максимально повысить коэффициент теплопроводности, поэтому используем материал с долей алюминия свыше 99,5%. В отличии от силумина, он менее хрупкий и отводит на 30% больше тепла, генерируемого светодиодами в процессе работы.
Решение 4. Расположение драйвера
В нашем светильнике драйвер — отдельное устройство с алюминиевым корпусом. Устанавливается сверху светильника и не контактирует напрямую с корпусом светильника. Его самонагрев не оказывает влияние на срок службы светодиодов.
Все описанные решения, применяемые в новом светильнике серии ПромДиск, позволяют предоставить на него гарантию 7 лет
Оставьте заявку для подбора: менеджер свяжется с вами и уточнит детали. На первый образец предоставим скидку 20%.
Подписывайтесь на наш ТГ-канал, чтобы не пропустить выход новых статей.
Позвонить
Почта
Онлайн чат