Термические испытания для обеспечения долгосрочной надежности светодиодов.

Краткое описание:Тепловые характеристики оказывают существенное влияние на надежность работы муниципальных солнечных уличных фонарей, систем раздельного солнечного освещения и универсальных солнечных уличных фонарей. Правильное проведение тепловых испытаний — сочетание измерений в стационарном режиме, термоциклирования и ускоренных испытаний на долговечность — позволяет инженерам и группам по закупкам прогнозировать сохранение светового потока, предотвращать преждевременные отказы и оптимизировать конструкции для полевых условий. В данной статье обобщены отраслевые стандарты, методы испытаний и практические примеры, призванные помочь владельцам проектов, проектировщикам и производителям обеспечить долгосрочную надежность светодиодных светильников. Соответствующие стандарты и справочная информация:Основы светодиодного освещения,IES LM-80/TM-21, иУскорение Аррениуса.

Понимание теплообмена: почему важен терморегулирование

Как температура влияет на производительность и срок службы светодиодов

Светодиоды выходят из строя не так часто, как лампы накаливания, в классическом понимании этого слова; их основная проблема надежности — это снижение светового потока (уменьшение светоотдачи) и изменение цвета с течением времени. Повышенная температура перехода (Tj) ускоряет снижение светового потока и может увеличить частоту отказов светодиодов, драйверов и электролитических конденсаторов. Рекомендации отрасли, такие как...IES LM-80 и TM-21Это показывает, что поддержание более низкой температуры перехода продлевает срок службы L70 (время достижения 70% от первоначальной светоотдачи) и стабилизирует цветность.

Источники теплового напряжения в системах солнечного уличного освещения

Источники теплового напряжения могут быть как внутренними, так и внешними: внутренние потери от светодиодов и драйверов (преобразование мощности в тепло), плохой тепловой путь через корпус или крепления к опоре, а также внешняя солнечная нагрузка (лучистое тепло), особенно для фотоэлектрических панелей, установленных на крышах или опорах. В системах уличного освещения на солнечных батареях раздельные компоненты могут уменьшить тепловое воздействие, но приводят к увеличению длины проводников и различным условиям монтажа. В системах уличного освещения на солнечных батареях «все в одном» фотоэлектрические элементы, батарея, драйвер и светодиоды концентрируются в компактном корпусе, что повышает важность тщательного теплового проектирования и эмпирических испытаний для предотвращения перегрева и деградации батареи.

Методы и стандарты термических испытаний светодиодных систем

Основные лабораторные испытания: испытания в стационарном режиме, испытания на термоциклирование и испытания на ускоренную износостойкость.

К числу полезных и проверенных семейств тестов относятся:

• Картирование стационарного теплового режима:Для проверки тепловой конструкции необходимо измерить температуру перехода (Tj) или температуру корпуса (Tc) при номинальном токе и в условиях наихудшего сценария окружающей среды (например, 25°C и 40°C).
• Термоциклирование:Многократные переходы между низкими и высокими температурами позволяют выявить трещины в припое, усталость соединительной проволоки и несоответствие материалов.
• Ускоренные испытания на долговечность (ALT):Используйте повышенную температуру и влажность или повышенное электрическое напряжение с тщательно рассчитанными коэффициентами ускорения (модели на основе Аррениуса), чтобы быстрее прогнозировать срок службы в полевых условиях.

Каждый тест предоставляет различную информацию: тест в стационарном режиме подтверждает, поддерживает ли конструкция температуру перехода в целевые пределы; циклический тест проверяет механическую и материальную прочность; тест на долговечность прогнозирует срок службы с учетом известных механизмов отказов. Что касается поддержания светового потока светодиодов, то тест LM-80 измеряет световой поток и температуру устройства, а тест TM-21 прогнозирует долгосрочное снижение светового потока на основе данных LM-80 (см.стандарты IES).

Стандарты, имеющие значение для проектировщиков.

К стандартам и документам, на которые часто ссылаются инженеры и закупочные группы, относятся:

• Стандарты IES LM-80 (тестирование сохранения светового потока в корпусе/источнике/матрице светодиода) и TM-21 (метод экстраполяции) — авторитетные источники для прогнозирования снижения светового потока.IES).
• IEC 60598 (протоколы испытаний светильников на безопасность и тепловые характеристики) — проверяет температурные пределы и конструкцию светильников (МЭК 60598).
• Соответствие стандартам UL для светильников (например, UL 1598), где это применимо, в отношении электротехнической/тепловой безопасности.

Применение термических испытаний к конструкциям солнечных уличных фонарей

Сравнительный анализ тепловых характеристик: муниципальные солнечные уличные фонари, раздельные солнечные уличные фонари и солнечные уличные фонари «все в одном».

Различные архитектуры предъявляют разные требования к тепловому режиму. В таблице ниже приведены основные области внимания при проведении тепловых испытаний и целевые показатели для каждого форм-фактора.

Источники данных для методов прогнозирования продолжительности жизни включают в себя:IES LM-80/TM-21руководство и опубликованная методология модели Аррениуса (Уравнение Аррениуса).

Цикл «проектирование-тестирование»: практические шаги для производителей и проектировщиков.

1. Определите наихудшие условия окружающей среды (по данным обследований местности или историческим климатическим данным) и солнечного излучения для муниципальных проектов.
2. Установите целевые значения температуры перехода Tj и предельные значения температуры компонентов (светодиод, драйвер, батарея) и преобразуйте их в допустимое тепловое сопротивление.
3. Перед началом прототипирования проведите тепловые расчеты с использованием методов вычислительной гидродинамики (CFD) и конечных элементов для выявления зон перегрева.
4. Разработка прототипа и проведение стационарного теплового картирования и термоциклирования с использованием измерительного оборудования (термопары для измерения температуры плавления, индикаторы температуры перехода и датчики окружающей среды).
5. Для поддержания необходимого просвета проведите испытания LM-80 и используйте TM-21 для прогнозирования L70; используйте ALT с документированными коэффициентами ускорения для проверки оценок срока службы других компонентов.
6. Доводите проектирование (конструкции радиаторов, материалы, вентиляция, материалы теплопроводящего интерфейса) до тех пор, пока результаты испытаний не будут соответствовать целевым показателям.

Практическое проектирование испытаний, интерпретация данных и полевая проверка.

Как разработать эффективные термические испытания

Для испытаний необходимо разработать систему, имитирующую реальную установку: установка на опоре, ориентация относительно солнца и использование закрытых распределительных коробок, где это применимо. Для универсальных солнечных уличных фонарей необходимо имитировать полную солнечную нагрузку на фотоэлектрические панели, работая при номинальном токе, чтобы измерить суммарные тепловые эффекты. В состав измерительного оборудования следует включить:

• Термопары в точках Tc светодиода (или калиброванные оптические измерения для определения Tj).
• Датчики температуры для корпуса драйвера, аккумуляторного блока и важных разъемов.
• Датчики температуры окружающей среды и солнечной радиации во время испытаний на воздействие влаги на открытом воздухе.

По возможности проводите испытания при нескольких уровнях температуры окружающей среды (например, 25°C, 35°C, 45°C) и сопоставляйте результаты с ускорением по Аррениусу, чтобы время, затраченное на лабораторные испытания, можно было перевести в ожидаемый срок службы в полевых условиях.

Интерпретация данных о состоянии просвета сосуда и его неисправностях

Используйте измеренную светоотдачу по стандарту LM-80 и зарегистрированные температуры для экстраполяции по стандарту TM-21. Помните, что стандарт TM-21 ограничивает объем экстраполяции за пределы продолжительности испытаний; для снижения неопределенности рекомендуется проводить испытания в течение более длительного времени (например, 6000–10000 часов). Для компонентов, не охваченных стандартом LM-80 (драйверы, конденсаторы, батареи), проведите отдельные испытания на долговечность (ALT) и полевые испытания в реальных условиях и сравните результаты с прогнозами модели Аррениуса. Задокументируйте все допущения (значения энергии активации, влияние влажности) и укажите их в технических характеристиках.

Проверка в полевых условиях и мониторинг после установки.

Даже при тщательном лабораторном тестировании мониторинг в полевых условиях имеет решающее значение. Муниципальные проекты выигрывают от пилотного кластера, оснащенного дистанционными системами измерения температуры, светового потока и датчиками уровня заряда батареи. Эти данные, полученные в реальных условиях, могут подтвердить тепловые модели и выявить специфические проблемы, такие как теплоудерживающие колпаки на опорах, отраженное лучистое тепло от близлежащих зданий или непредвиденное затенение, влияющее на температуру фотоэлектрических панелей. Дистанционный мониторинг также позволяет планировать гарантийное и техническое обслуживание с учетом тенденций изменения тепловых характеристик.

Queneng Lighting: Методы термических испытаний и преимущества продукции.

Профиль компании и ее значение для обеспечения тепловой надежности

Компания Queneng Lighting, основанная в 2013 году, специализируется на солнечных уличных фонарях, солнечных прожекторах, солнечных садовых светильниках, солнечных светильниках для газонов, солнечных столбовых светильниках, солнечных фотоэлектрических панелях, портативных источниках питания и батареях для наружного освещения, проектировании проектов освещения, а также производстве и разработке светодиодного мобильного освещения. За годы развития Queneng стала официальным поставщиком для многих компаний, котирующихся на бирже, и инженерных проектов, а также выступает в качестве аналитического центра по разработке решений в области солнечного освещения, предоставляя безопасные и надежные профессиональные консультации и решения.

Технические возможности, сертификаты и контроль качества.

Компания Queneng Lighting располагает опытной командой разработчиков, современным оборудованием, строгими системами контроля качества и отлаженной системой управления. Компания сертифицирована по международной системе обеспечения качества ISO 9001 и прошла международные аудиты TÜV. Queneng имеет международные сертификаты, включая CE, UL, BIS, CB, SGS и MSDS. Эти сертификаты отражают приверженность компании разработке на основе испытаний и квалификации продукции с учетом всего жизненного цикла.

Как компания Queneng применяет термотестирование к производственным линиям

Ассортимент продукции Queneng — солнечные уличные фонари, солнечные прожекторы, солнечные садовые светильники, солнечные столбовые светильники, солнечные фотоэлектрические панели, раздельные солнечные уличные фонари и универсальные солнечные уличные фонари — разрабатывается по циклу «проектирование-тестирование», включающему стационарное тепловое картирование, термоциклирование, измерение сохранения светового потока LM-80 (где это необходимо), ускоренные испытания на долговечность батарей и драйверов, а также полевую пилотную проверку. Сочетание сертифицированного производства, документированных отчетов об испытаниях и полевой телеметрии минимизирует риски, связанные с производительностью, при развертывании в муниципальных учреждениях и инженерных проектах.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему термотестирование особенно важно для универсальных солнечных уличных фонарей?

В блоках «все в одном» фотоэлектрические элементы, батарея, драйвер и светодиоды объединены в одном корпусе, что увеличивает внутреннюю теплоотдачу. Термотестирование обеспечивает надлежащие пути рассеивания тепла и подтверждает, что батареи и драйверы остаются в безопасных температурных диапазонах, предотвращая ускоренное старение и преждевременные отказы.

2. Как соотносятся стандарты LM-80 и TM-21 с термическими испытаниями?

LM-80 измеряет световой поток светодиода и температуру с течением времени. TM-21 использует данные LM-80 для экстраполяции сохранения светового потока (например, L70). LM-80 требует контролируемых измерений температуры; таким образом, точное термотестирование имеет основополагающее значение для получения надежных прогнозов TM-21. См. ресурсы IES:стандарты IES.

3. Каковы разумные целевые значения тепловой мощности для муниципальных проектов по установке солнечных уличных фонарей?

Типичные целевые показатели: температура корпуса светодиода (Tc) ниже 85°C при наихудших условиях окружающей среды, температура батарейного блока ниже 45°C для увеличения срока службы, а также повышение температуры разъема менее чем на ~30°C выше температуры окружающей среды. Целевые показатели могут быть ужесточены в условиях более жаркого климата или при более длительных гарантийных сроках.

4. Может ли ускоренное тестирование надежно прогнозировать срок службы батарей и драйверов в полевых условиях?

Да, если испытания разработаны с использованием корректных моделей ускорения и хорошо изучены механизмы разрушения. Широко используется термическое ускорение по Аррениусу, но его необходимо сочетать с реалистичными моделями влажности и механических напряжений. Полевая проверка остается важной для подтверждения лабораторных прогнозов.

5. В каких параметрах тестирования систем уличного освещения на солнечных батареях, в отличие от систем "все в одном", требуется другой подход?

Раздельные системы уменьшают прямую тепловую связь между фотоэлектрической батареей/аккумулятором и светильником, поэтому основное внимание уделяется повышению температуры разъемов, потерям в проводах большой длины и температурам при монтаже драйвера. Раздельные конструкции часто обеспечивают лучшее пассивное охлаждение головки лампы, но требуют проверки герметичности и долговечности разъемов при термических циклах.

6. Как муниципалитетам следует указывать требования к проведению термических испытаний в закупочной документации?

Требуются отчеты LM-80 (с указанием температуры испытаний), экстраполяции TM-21 для сохранения светового потока светодиодов, соответствие светильников стандартам IEC/UL, документированное тепловое картирование в заданных условиях окружающей среды, результаты термоциклирования и план пилотной полевой проверки с телеметрией для первых установок. Необходимо запросить копии сертификатов (ISO 9001, TÜV, CE/UL/CB) и аккредитацию лаборатории, в которой проводились испытания.

Контакты и вопросы по продукции:Для консультаций на уровне проекта, получения подробных отчетов о тепловых испытаниях или коммерческих предложений на муниципальные солнечные уличные фонари, раздельные солнечные уличные фонари и универсальные солнечные уличные фонари, свяжитесь с компанией Queneng Lighting. Посетите наши страницы с продукцией или запросите инженерную экспертизу для оценки тепловых характеристик вашего объекта и технических требований. Queneng Lighting предлагает тестирование образцов, пилотные проекты и полную документацию для поддержки решений по закупкам и гарантийному обслуживанию.

Список литературы и дополнительные материалы для чтения: Основы светодиодного освещения (Википедия),Сохранение светового потока (LM-80/TM-21),Ускорение Аррениуса,Обзор солнечных уличных фонарей, иМЭК 60598.