بخشی از مقاله
چکیده
ورود فناوریهاي جدید به عرصه روشنایی که از آنجمله می توان به فناوري چراغهاي LED اشاره نمود موجب لزوم بازنگري در برخی از تعاریف و روشهاي آزمون محصولات این فناوریها به منظور ارزیابی کیفیت آنها گردیده است. به عنوان مثال می توان به تعریف عمر لامپ و نحوه آزمون عمرسنجی آن اشاره کرد. عمر LED ها نسبت به منابع نوري دیگر بسیار زیاد است، بطوریکه آزمون عمرسنجی درخصوص آنها طولانی و وقتگیر بوده و موجب اخلال در روند پیشرفت این فناوري می گردد. از طرفی چشم پوشی از انجام این آزمون موجب ورود سیل گونه محصولات بی کیفیت و کم دوام به بازار خواهد شد که اتلاف سرمایه ها را در پی خواهد داشت. لذا سازمانها و مراجع تاییدکننده و گواهی دهنده می بایست اقدام به تدوین روشهایی نمایند که با سرعت بیشتر بتواند درخصوص کیفیت محصول تصمیم گیري کند. دراین مقاله یک رویه آزمون سریع عمرسنجی براي چراغهايLED تشریح خواهد شد که بدون نیاز به صرف زمان و با استناد به گواهی آزمون قطعه LED ، انجام یک آزمون حرارتی و یک سري محاسبات ساده ریاضی می تواند عمر چراغ LED را تخمین بزند.
واژههاي کلیدي: چراغهاي LED ، آزمون طول عمر، دوام شار نوري، ارزیابی کیفیت
-1 مقدمه
افزایش قیمت حاملهاي انرژي و سهم نسبتا زیاد روشنایی در سبد مصرف انرژي موجب وضع قوانینی گردیده که تدوین کننده مرزهاي حداقل بازدهی لامپها می باشند. تدوین این مرزها خود بخود موجب از رده خارج شدن فناوریهاي قدیمی و ورود فناوریهاي نوین به این عرصه می گردد. بر طبق قانون امنیت و خودکفایی انرژي آمریکا که در سال 2007 به تصویب رسید، در یک برنامه زمانی پنج ساله یعنی از ابتداي سال 2012 تنها لامپهایی مجاز به تولید خواهند بود که به میزان %30 نسبت به زمان تصویب این قانون صرفه جویی انرژي داشته باشند.[1] چشم انداز تصویر شده براي سال 2020 حداقل %70 است که ممکن است در سال 2012 مورد بازنگري قرار گیرد. در ضمن اتحادیه اروپا و بقیه کشورهاي صنعتی نیز نسبت به وضع قوانین مشابه اقدام نموده اند.
در حال حاضر تحقیقات گستردهاي درخصوص فناوریهاي مختلف تولید نور با هدف افزایش بازدهی لامپها صورت میپذیرد.علاوه بر بازدهی لامپها که مهمترین عامل در رقابت حال حاضر میان فناوري هاي مختلف تولید نور می باشد، از عاملمهم دیگري تحت عنوان طول عمرلامپ نیز نباید غافل شد که بشدت بر توجیه اقتصادي هر فناوري تاثیرگذار است. بدیهی است که طول عمر بالاتر لامپ توجیه مناسبی براي قیمت بالاتر آن که همان هزینه سرمایه گذاري اولیه است خواهدبود، و در غیر اینصورت اتلاف منابع را در پی خواهد داشت.
انجمن مهندسی روشنایی آمریکا1 در سال 2000 میلادي شاخصی تحت عنوان هزینه روشنایی با واحد مگالومن ساعت بصورت رابطه - 1 - تعریف کرده است :[2]که در آن:
: U هزینه ایجاد هر مگالومن ساعت روشنایی برحسب دلار
: Q شار متوسط لامپ برحسب لومن
: P قیمت لامپ برحسب سنت
: h هزینه تعویض لامپ برحسب سنت
: L طول عمر نامی لامپ برحسب هزارساعت
: W توان مصرفی لامپ برحسب وات
: R هزینه هر کیلووات ساعت انرژي برحسب سنت
حال فرض کنید دو لامپ که از هر نظر بجز طول عمر با یکدیگر معادل باشند، با مفروضات زیر مورد مقایسه قرار داده شوند:براي لامپ اول با طول عمر 1000 ساعت هزینه هرمگالومن ساعت روشنایی معادل 4.67 دلار محاسبه گردیده وبراي لامپ دوم با طول عمر 10000 ساعت هزینه هرمگالومن ساعت روشنایی معادل 1.67 دلار خواهد شد، که درحدود یک سوم هزینه لامپ اول می باشد. این مثال ساده نشانمی دهد که طول عمر لامپ نقش بسیار مهمی در هزینه ایجادروشنایی ایفا میکند.
-2 فناوري روشنایی LED
LED ها یا دیودهاي ساطع کنندة نور2 ادواتی هستند کهگرچه بیش از چهار دهه از ابداع آنها می گذرد، لیکن به تازگیسرمایه گذاري هاي عمده اي براي استفاده از آنها در حوزه روشنایی عمومی صورت گرفته است. لامپهاي LED انرژيکمتري جهت تولید نور معادل سایر لامپها مصرف می کنند.آنگونه که ادعا می شود نمونه هاي تحقیقاتی لامپهاي LEDبازاي مصرف 6 وات 800 لومن روشنایی ایجاد میکنند کهاین مقدار برابر با نور تولیدي یک لامپ رشته اي 60 وات و یایک لامپ کم مصرف 14 وات می باشد. در عین حال طول عمر لامپ LED حدود 35000 ساعت می باشد که حدود چهار برابر طول عمر لامپ کم مصرف و 35 برابر طول عمر لامپهاي رشتهاي میباشد.مزیت عمدة لامپهاي LED به سیستم روشنایی حالت جامد3 آنها بازمی گردد. مؤلفه حالت جامد به مرجع تابش نور در لامپهاي LED اطلاق می شود که شامل ادوات نیمه هادي بجاي محفظه گاز یا خلأ می باشد. این ویژگی، لامپهاي LEDرا در مقابل شوکهاي ارتعاشی و حرارتی مقاوم نموده و یکیاز دلایل اصلی دوام طولانی مدت آنهاست.
-3 بازنگري در تعریف عمر لامپها
همگام با پیشرفت و توسعه فناوریهاي جدید در عرصه روشنایی، بدیهی است که روشهاي آزمون نیز می بایست تغییر یافته و توسعه یابد و روشهاي سنتی نمی تواند تائیدکننده کیفیت محصولات امروزي باشد. تعریف سنتی عمر لامپ کهدر استانداردهاي کلیه لامپها اعم از لامپهاي رشتهاي،فلورسنت معمولی و فشرده1 - یا کم مصرف - ، تخلیه اي پرفشار2و غیره آمده است بصورت زیر میباشد:"پایان عمر لامپ زمانی است که نیمی از لامپهاي یکگروه منتخب از کار بیفتد."با ورود منابع نوري LED تعریف عمر لامپها نیز دستخوش تغییر شد، چرا که LED ها هرگز نمی سوزند بلکه شار نوريآنها به مرور کاهش مییابد.
شکل - 1 - منحنی تغییرات شارنوري یک لامپ LED را نسبت به زمان به دو شکل خطی ونیمه لگاریتمی نشان میدهد. همانطور که از شکل مشاهدهمی شود، در صورتیکه از تعریف سنتی عمر براي لامپهايLED استفاده شود، پایان عمر زمان مشخص و دقیقی نخواهدبود. لذا انجمن مهندسی روشنایی آمریکا عبارت جدید وکلی تري از عمر تحت عنوان "دوام شار" ارائه نموده است کهبصورت زیر تعریف میشود : [3,4]دوام شار برحسب ساعت به فرم استاندارد LxBy نمایش داده می شود، که در آن L مخفف لومن بوده، x درصد شار باقیمانده را نشان می دهد، B مخفف لامپ - Bulb - بوده و yدرصد لامپهایی از گروه منتخب آزمون را نشان میدهد کهشار آنها از حداقل ذکر شده تخطی کرده است.
بعنوان مثال اگر لامپی داراي 50000 ساعت L70B10 باشد، به این معنی است که بعد از 50000 ساعت 70% شار نوري اولیه را داراخواهد بود، و در انتهاي آزمون تنها 10% لامپهايگروه از نوري کمتر از 70% برخوردار بودهاند.تعریف سنتی عمر لامپها می تواند به فرم استاندارد B50نمایش داده شود، چرا که بعد از سپري شدن عمر نامی 50%لامپهاسوختهاند.درخصوص LED ها در حال حاضر از تعریف دوام شارL70 استفاده می شود، به این معنی که در پایان عمر نامیهیچکدام ازLED هاي گروه نباید خطا کرده و همگی بایدحداقل شاري معادل 70% ابتداي آزمون داشته باشند. البته درنظر است که این تعریف در آینده سخت گیرانه تر شده و بهL90 اصلاح گردد. [3]
-4 نحوه آزمون عمرسنجی منابع نوري دیگر
درخصوص انواع مختلف لامپها و منابع نوري روشهاياستانداردي براي آزمون عمرسنجی وجود دارد. بعنوان مثالاستاندارد ملی شماره ISIRI-115 درخصوص نحوه آزمون عمرسنجی لامپهاي التهابی توضیح داده است و استاندارد ملی شماره ISIRI-5916 درخصوص لامپهاي CFL شرح دادهاست. همچنین استاندارد آمریکایی IESNA-LM-47درخصوص نحوه آزمون عمرسنجی لامپهاي تخلیه پرفشار - HID - توضیح داده است.باید دانست که بکارگیري روشهاي استاندارد براي آزمون عمرسنجی بسیار طولانی و پرهزینه بوده، بطوریکه در اغلباوقات از روشهاي اثبات شده دیگري براي سرعت بخشیدنبه آزمونهاي مذکور استفاده می شود. براي طراحی و اجرايموفق آزمونهاي سریع عمرسنجی ابتدا می بایست شناخت
