Освещение

Показатели температурной надёжности светодиодных светильников

10 апреля 2014 г. в 13:31

Осторожно! Сделано в Китае

Прежде всего, следует отдать должное огромному разнообразию, отличному дизайну, простоте, продуманности и низкой цене изделий промышленности Поднебесной. Большой ассортимент созданных в Китае промышленных светодиодных светильников теперь доступен на рынке СНГ. Кроме того, предлагается немало светильников местной сборки, но созданных из китайских «конструкторов». Практически вся эта продукция определяется поставщиками как крайне надежная, работающая в самых сложных климатических условиях, в широком диапазоне питающих напряжений и, зачастую, почти в астрономическом диапазоне температур.

Закономерен вопрос, насколько можно доверять заявленным характеристикам и получит ли предприятие, использующее такие светильники, ожидаемую экономию?

В нашей компании была проведена большая работа по разработке, изготовлению и испытаниям светильников с модульными светодиодами COB (Chip on Board – кристалл на подложке, читается КОБ). Основная задача при этом – определение температурных режимов, обеспечивающих длительную эксплуатацию в диапазоне воздействия окружающей среды, которые установлены техническими условиями. Был разработан математический аппарат расчета радиаторов охлаждения. Температуры готовых изделий замерялись контактными и бесконтактными измерителями, в том числе тепловизором Fluke.

Сделаем небольшое отступление, чтобы пояснить значимость температурных режимов для работы осветительных светодиодов.

На модели десятиваттного светодиодного модуля белого света (Рис. 1) показаны основные составляющие. Излучающие синий свет кристаллы размещаются на массивной, обычно медной с покрытием серебром, подложке и залиты коллоидным раствором желтого люминофора. В светильнике модуль через тонкий слой теплопроводящей пасты монтируется на радиаторе, рассеивающем тепло в окружающую среду.

Рис. 1. Модель 10-ти ваттного светодиодного модуля

Максимальная указываемая разработчиками неразрушающая температура функционирования кристаллов обычно не превышает 135-150 °C. Но такой нагрев приводит к деградации структуры полупроводников и постепенному снижению светового потока. Для сохранения большей части потока при длительной эксплуатации температура кристаллов должна быть много ниже.

Так как непосредственное измерение температуры кристаллов затруднено, принято нормировать температуру подложки, учитывая тепловое сопротивление кристалл-подложка. Перепад температур между кристаллами и подложкой меняется в зависимости от мощности модуля, режимов охлаждения и внешних условий. В среднем перепад температур составляет примерно 20 °C.

На рисунке 2 приведен график работоспособности светодиодных модулей в зависимости от рабочей температуры по данным тайваньской компании «Huey Jann Electronics Industry», специализирующейся на выпуске светодиодных модулей COB. Сохранение 70% светового потока после 50 тыс. часов эксплуатации возможно, если температура подложки составляет не более 60 °C, а температура кристаллов, соответственно, не превышает 80 °C.

Каким должен быть охладитель, обеспечивающий такой режим работы? Речь, прежде всего, о пассивных радиаторах, рассеивающих тепло за счет естественной конвекции воздуха и излучения.

На теплоотвод влияет много факторов. Большое значение имеет температура окружающей среды. Но также важны ориентация радиатора в пространстве, конфигурация, материал и свойства поверхности радиатора и многое другое. Все эти параметры будут рассмотрены в другой раз. Пока ограничимся оценкой размеров радиатора относительно температуры окружающей среды.

Рис. 2. Зависимость работоспособности светодиодных модулей от температуры

Один из часто применяемых в китайских светильниках радиаторов показан на рисунке 3. Такие охладители обычно поставляют со светодиодными модулями от 30 до 150 Вт. Высота радиатора при установке 50-ти ваттного модуля – 100 мм, площадь поверхности 3480 см2. Указанные размеры даются большинством изготовителей светильников и рекомендуются производителями самих радиаторов.

Рис. 3. Экструдированный алюминиевый радиатор диаметром 160 мм

Расчеты показывают, что на этом радиаторе при 50-ти ваттной нагрузке и температуре окружающей среды 40 °C в наиболее благоприятном случае температура подложки достигнет 100 °C. Светильник будет работать некоторое время, но быстрое уменьшение светового потока сведет на нет все преимущества светодиодного освещения. Обеспечить нормируемые 50 тыс. часов работы возможно только в условиях температуры окружающей среды не выше 10-15 °C. Очевидно, что такой режим эксплуатации неприемлем. Еще хуже обстоят дела с рассеиванием большей мощности, так как рекомендуются и поставляются радиаторы с меньшим соотношением площади поверхности на ватт отводимой мощности.

Светильники с большим количеством маломощных светодиодов поверхностного монтажа здесь не рассматриваются. Их применение гораздо важнее не в промышленном, а в офисном или бытовом приложении. Можно только отметить, что хотя они имеют несколько иные характеристики, проблемы теплоотвода и эксплуатации на предельных температурах присутствуют и там, и зачастую в гораздо большей степени. Справедливости ради важно отметить, что по выкладкам компании-изготовителя осветительных светодиодов «Edison», требуемые для охлаждения площади могут быть меньше, чем при использовании светодиодных модулей. К сожалению, их расчеты слишком упрощены и не приводится подтверждающая информация из практики применения.

Проблема высокой эксплуатационной температуры кристаллов светодиодов в осветительной технике не осталась незамеченной изготовителями. Предлагается довольно много иных вариантов охладителей, но практически всегда финансовая выгода преобладает над показателями надежности.

Увы, предельная экономия на материалах в изделиях китайской промышленности не обошла стороной и область промышленного освещения. У потребителя остается право критически относится к предлагаемой продукции и требовать от поставщиков обоснованные характеристики того или иного светодиодного светильника.

Наше предприятие при разработке элементов охлаждения исходило из требований технических условий, по которым максимальное значение температуры окружающей среды 40 °C не должно влиять на работоспособность и срок службы светильника.

Рассчитанные согласно этим требованиям радиаторы для 50 Вт подводимой мощности должны иметь охлаждающую поверхность около 200 дм2. Это почти в шесть раз больше, чем у китайских аналогов. Меньшая площадь приводит к повышению температуры кристаллов и сокращению срока службы. В частности, на одном из опытных образцов светильника со светодиодом мощностью 50 Вт фирмы «Edison», размещенном на радиаторе площадью 90 дм2, замеры температуры показали следующую картину (Рис. 4). На рисунке указана температура в градусах Цельсия. Максимальная температура кристаллов при этом замере 89,8 °C, температура подложки 60 °C, температура окружающей среды во время измерения 22 °C. И хотя этот режим можно признать допустимым, любой рост температуры окружающего воздуха или ухудшение условий конвекции могут привести к ускоренному снижению светового потока.

Рис. 4. Изображение светодиода 50 Вт, сделанное тепловизором Fluke

Размер площади охлаждения 90 дм2 был выбран на основании рекомендаций по применению тайваньской компании «Edison Opto Corporation». Для модулей 50 Вт компания предлагает использовать охладитель площадью 70-73 дм2.

Таким образом, следует очень внимательно относиться к импортной светодиодной осветительной технике с точки зрения заявляемых параметров долговечности и условий функционирования, если от нее ожидается существенная экономия ресурсов, как в плане уменьшения энергопотребления, так и в плане длительного срока эксплуатации.

Н. Н. ГАВРИЛОВ
Зам. директора по техн. вопросам
ООО «Промышленная группа Кальченко и К»
scientec@kalchenko.com

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Кальченко Александр Иванович
Все новости и публикации пользователя Кальченко Александр в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Светодиодные промышленные светильники от 18 до 200Вт. Большой выбор! Оптовые цены!

Предлагаем большой ассортимент светодиодных промышленных светильников различной мощности, формой, степенью защиты и вариантом крепления. Например: Светодиодные линейные светильники Uniel серии «Мурена» 19, 39 и 59 Вт предназначены для освещения производственных помещений с тяжелыми условиями эксплуатации.Светильники Мурена являются заменой светильников ЛСП 2*18 и ЛСП 2*36 Выбирая светодиодные антивандальныесветильники Uniel, вы получаете: - профессиональные источники света, разработанные с учетом специфики зданий и условий эксплуатации в Российской Федерации для использования внутри помещений с повышенным содержанием пыли и влаги - вандалозащищенное исполнение корпуса и плафона, обеспечивающее устойчивость к механическим повреждениям при транспортировке и эксплуатации - уровень светоотдачи в соответствии с требованиями постановления Правительства Российской Федерации N 602 г. - 2 года гарантии Преимущества: Исключены пульсации светового потока IP65 - Пыле- и влагозащищенное исполнение Удобство монтажа - Снабжены скобами с фиксаторами либо тросами для крепления к поверхности Простота ремонта - Основные элементы можно заменить, не снимая светильника, потому что они соединены через разъемы Максимально эффективное рассеивание тепла.
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 22 марта · Россия · г Москва
Светодиодные промышленные светильники от 18 до 200Вт. Большой выбор! Оптовые цены!

ПРОДАМ: Предлагаем светодиодные светильники для школ, классов, учебных учреждений, спортивных залов, стадионов. Скидки.

Предлагаем светодиодные светильники для школ, классов, учебных учреждений, спортивных залов, стадионов. Аналог люминесцентных светильников 72вт, 2×36вт и 4×18вт. Производство Россия. Все сертифицировано. Гарантия до 5 лет. Просим обратить внимание: светильники для учебных аудиторий имеют индекс цветопередачи >90, CRI>90. Светильники с таким индексом рекомендованы для применения в учебных учреждениях. Светодиодный светильник для учебных учреждений 32вт (аналог люминесцентного 2×36вт, 72вт) по цене 1400 руб/шт. Светодиодный светильник для учебных учреждений 36вт (аналог люминесцентного 2×36вт, 72вт) по цене 1500 руб/шт. Светодиодные светильники для спортзалов с защитой от мячей и прочих ударов по цене 1800р за шт. Перевод на светодиодное освещение это единственное решение для спортивных учреждений учитывая высокую стоимость высотных работ по регулярной замене ламп ДРЛ и прочих устаревших источников света. Срок службы светодиодных светильников 25-30 лет без необходимости замены светодиодов в течение всего срока службы. P.S. Недавно Россия подписала Минаматскую конвенцию по ртутьсодержащим.лампам и приборам. Это означает, что скоро в России запретят использовать люминесцентные и другие ртутьсодержащие лампы и светильники (ДРЛ, ДНАТ и др.) Мы предлагаем уже сейчас обезопасить себя и своих детей от паров ртути. Мы готовы перевести вашу систему освещения на полностью безопасную- светодиодную. (кроме экологии у светодиодных светильников еще много преимуществ: энергопотребление меньше в несколько раз, а срок службы во много раз больше, пульсация в десятки раз меньше, выход на полную мощность за 1 секунду и т.д) Также стоит иметь ввиду, что в настоящее время уже существует ряд законов, обязывающих бюджетников применять энергоэффективные технологии. Одна из самых простых и эффективных это перевод освещения на светодиодное. При этом мы готовы заменить ваши светильники на светодиодные по энергосервисному контракту. Т.е. вы не заплатите ни рубля своих средств,...
Борисович Сергей · Вертекс · 25 марта · Россия · Удмуртская Респ
Предлагаем светодиодные светильники для школ, классов, учебных учреждений, спортивных залов, стадионов. Скидки.

ПРОДАМ: Уличные светодиодные светильники

Уличные светильники являются неотъемлемой частью любых благоустроенных территорий. Они обеспечивают достаточный уровень видимости в темное время суток, поддерживая безопасность и комфорт. Освещение используется в разных условиях, в том числе возле частных и многоуровневых зданий, общественных, коммерческих объектов, парков, дорог и так далее. Компания Техсветпром предлагает уличные светодиодные светильники в широком ассортименте, что позволит найти решение, соответствующее требованиям по мощности, безопасности, эстетичности, форме и другим параметрам. Поможем подобрать уличные светодиодные светильники под Ваши потребности — просто оставьте заявку на нашу почту Продукция для улицы в значительной мере отличается от аналогичных ламп, но предназначенных для монтажа внутри помещений. Поэтому тут рекомендуется рассматривать специализированные модели. Подобрать удачный вариант достаточно проблематично, поскольку приходится учитывать нюансы использования, размер бюджета, погодные условия. Основное назначение оборудования в освещении территории, поэтому главное, чтобы выбранного фонаря или светильника было достаточно для освещения имеющейся площади при полном отсутствии дневного света.
Рыбакова Алина · ТЕХСВЕТПРОМ · 25 марта · Россия · Челябинская обл
Уличные светодиодные светильники

ПРОДАМ: Поставим недорого светильники

Светильники уличные, промышленные, люминисцентные бытовые и промышленные, накладные и встраиваемые, точечные, переносные, прожекторы, пускорегулирующие аппараты. Лампы ПЖ-500, ПЖ-100 в наличии. Светильники НБО-60 в наличии. ООО "АЛЬФАЭНЕРГИЯ" была создана как подразделение, занимающееся производством электрощитового оборудования, для наибольшего удовлетворения технологических потребностей корпоративных клиентов таких как: подразделения ГАЗПРОМ, ЛУКОЙЛ, ТНК, РАО ЕЭС, ИНТЕР РАО ЕЭС. ООО "АЛЬФАЭНЕРГИЯ" проводит политику комплексных поставок электрооборудования: Кабельно-проводниковая продукция; Светотехническая продукция; Электрощитовое оборудование; Высоковольное и низковольтное электротехническое оборудование. Одним из приоритетных направлений компании ООО "АЛЬФАЭНЕРГИЯ" является разработка и производство электрощитового оборудования и комплектующих к буровым установкам, производство которых прекратилось в 80х-90х годах прошлого столетия, но которые и поныне находятся в эксплуатации: Устройство отбора дискретных электрических сигналов УОС (УОС-01…УОС-26); Коробки аппаратные серии КА1 (КА1-113…КА1-829); Блоки импульсного трансформатора БИТБ-2, БИТЭ-1С; Блоки управления серии БГР31 к буровым установкам БУ2900; Блоки и панели управления и распределения Б(П), БМ, БМД, БМ-К серий 5000-9000; Устройства управления и распределения Я, ЯУ, ЯЭ, РУСМ, ШУ, ЯУД серий 5000-9000. ООО "АЛЬФАЭНЕРГИЯ" производит весь ряд низковольтного щитового оборудования: Ящики вводные с рубильником ЯРВ6ХХХ, Я8ХХХ-ХХХХ, РУСМ8ХХХ-ХХХХ; Ящики (Шкафы) Упраления Я5ХХХ-ХХХХ, Я9ХХХ-ХХХХ, РУСМ5ХХХ-ХХХХ, РУСМ8ХХХ-ХХХХ; Устройства Автоматического Включения Резерва ЯУ8252 (ШУ8252), ЯУ8253 (ШУ8253), ЯУ8254 (ШУ8254), ЯУ8255 (ШУ8255), Я8301, Я8302, ЩАП-12, ЩАП-23, ЩАП-33, ЩАП-53, ЩАП-63; Пункты Распределительные ПР11-ХХХХ, ПР11М-ХХХ, ПР24-ХХХХ, ПР85ХХ-ХХХХ, ПР87ХХ-ХХХХ, ПР9ХХХ-ХХХХ; Вводно-Распределительные Устройства ВРУ1-ХХ-ХХ, ВРУ3-ХХ,...
Игнатенко Александр · АЛЬФАЭНЕРГИЯ · 10 марта · Россия · г Санкт-Петербург

ПРОДАМ: Светодиодные светильники для магазинов, ресторанов, выставочных центров! ВЫБИРАЙТЕ!

БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ! ВЫЕЗД НА ОБЪЕКТ! Большой ассортимент светодиодных светильников, ламп, прожекторов различной мощности, формы, степенью защиты и вариантом исполнения (крепления). Экономия до 90% Гарантия производителя! Доставка по России! УНИКАЛЬНЫЕ АКЦИИ и ЦЕНЫ. Звоните! Спрашивайте! Экономьте!
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 24 марта · Россия · г Москва
Светодиодные светильники для магазинов, ресторанов, выставочных центров! ВЫБИРАЙТЕ!
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.