Knowledge

เป็นเวลาหลายศตวรรษมาแล้วที่ไฟถนนอันเรียบง่ายคอยปกป้องค่ำคืนในเมืองของเรา โดยพัฒนาจากตะเกียงแก๊สที่ริบหรี่ไปจนถึงโคมไฟถนนอันเจิดจ้าสมัยใหม่ ปัจจุบัน ไฟถนนในเมืองทั่วโลกได้รับการขับเคลื่อนโดยเทคโนโลยี Light Emitting Diode (LED) เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งได้รับการยกย่องในด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานและอายุการใช้งานที่ยาวนาน ไม่ว่าจะเป็นไฟถนน LED ขนาด 25 วัตต์บนเลนที่อยู่อาศัยหรือไฟถนน LED 200 วัตต์ที่ให้แสงสว่างบนทางหลวงสายหลัก การให้แสงสว่างที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความปลอดภัยสาธารณะและสุนทรียศาสตร์ในเมือง อย่างไรก็ตาม ใครก็ตามที่เคยสังเกตเห็นแสงกลางแจ้งที่มีอายุมากขึ้นอาจสังเกตเห็นการหรี่แสงลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปและหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อเวลาผ่านไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเสื่อมค่าของลูเมน คือการที่แสงที่ส่งออกจากโคมไฟถนน LED ลดลงทีละน้อย ทำความเข้าใจว่าอะไรคือสาเหตุของการเสื่อมค่าลูเมนของไฟถนน เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักวางแผน วิศวกร และใครก็ตามที่ลงทุนในไฟถนนในเขตเทศบาล แม้ว่าไฟถนนแบบคลาสสิกเช่นหลอดโซเดียมความดันสูง-จะมีกลไกการสลายตัวของตัวเอง แต่ปัจจัยที่ส่งผลต่อไฟถนน LED ใหม่นั้นมีความแตกต่างกันและมีรากฐานมาจากธรรมชาติของสถานะของแข็ง- บทความนี้เจาะลึกถึงเหตุผลทางวิทยาศาสตร์และสิ่งแวดล้อมที่อยู่เบื้องหลังการลดแสงนี้ โดยอธิบายว่าทำไมแม้แต่การติดตั้งไฟถนนที่น่าพอใจก็ยังพบว่ากำลังไฟลดลงตลอดอายุการใช้งานหลายปี

จากเทคโนโลยีไฟถนนแบบเดิมๆ ไปจนถึงไฟถนนอัจฉริยะในปัจจุบัน ผู้ทรงคุณวุฒิทุกคนต้องเผชิญกับการต่อสู้กับเวลาและองค์ประกอบต่างๆ ไฟถนนแบบเก่าส่วนใหญ่ใช้งานไม่ได้เนื่องจากหลอดไส้ขาดหรือสารเคมีหมดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในทางตรงกันข้าม ไฟถนน LED เชิงพาณิชย์มักจะไม่ "ดับ" ทันที แต่จะค่อยๆ ดับลงอย่างช้าๆ สาเหตุที่แท้จริงคือการทำงานร่วมกันที่ซับซ้อนของฟิสิกส์ภายใน การทำร้ายสิ่งแวดล้อมภายนอก และการดำเนินการออกแบบ สำหรับไฟถนน LED 150 วัตต์หรือไฟถนน LED 70W หลักการพื้นฐานยังคงเหมือนเดิม การเดินทางของแสงจากชิปเซมิคอนดักเตอร์จิ๋วไปยังถนนด้านล่างเต็มไปด้วยความท้าทายที่ลดทอนประสิทธิภาพการส่องสว่างของมันลง

หัวใจสำคัญของเรื่องนี้: การเสื่อมสภาพของชิป LED หลัก

หัวใจสำคัญของโคมไฟถนน LED ทุกดวงคือชิปเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเป็นสิ่งมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมสมัยใหม่ แตกต่างจากไส้หลอดธรรมดาของโคมไฟถนนแบบเก่า ชิป LED สร้างแสงผ่านการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและรูภายในวัสดุ เช่น แกลเลียมไนไตรด์ สาเหตุหลักที่แท้จริงของการเสื่อมค่าของลูเมนเกิดขึ้นที่นี่ การดำเนินงานระยะยาว-ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของวัสดุ-ซึ่งเป็นกระบวนการที่ข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกมีการเคลื่อนย้าย และสิ่งสกปรกกระจายออกไป การเสื่อมประสิทธิภาพควอนตัมของเซมิคอนดักเตอร์นี้หมายความว่าพลังงานไฟฟ้าส่วนที่น้อยลงเรื่อยๆ จะถูกแปลงเป็นแสง และจะสูญเสียความร้อนมากขึ้น ความร้อนนี้กลับเร่งการย่อยสลายที่เกิดขึ้น

สิ่งนี้นำไปสู่การเร่งที่สำคัญที่สุดของการสูญเสียลูเมน: อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อที่มากเกินไป (Tj) จุดเชื่อมต่อคือชั้นที่ทำงานอยู่ภายในชิปซึ่งเป็นแหล่งผลิตแสง หลักทั่วไปในอุตสาหกรรมคือ ทุกๆ 10 องศาที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อที่สูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด อัตราค่าเสื่อมราคาของลูเมนจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โคมไฟถนน LED แบบเหนี่ยวนำหรือไฟถนน LED คุณภาพใดๆ ได้รับการจัดอันดับอย่างพิถีพิถันสำหรับค่า Tj สูงสุด อย่างไรก็ตาม ในสถานการณ์จริงของแสงกลางแจ้ง- การรักษาค่า Tj ให้ต่ำนั้นเป็นอุปสรรคอย่างต่อเนื่อง ในช่วงคลื่นความร้อนในฤดูร้อน ฝาครอบไฟถนนแบบปิดสนิทสามารถกลายเป็นเตาอบได้ โดยอุณหภูมิโดยรอบเพิ่มสูงขึ้น และความร้อนภายในจากชิปไม่มีที่จะไป ความเครียดจากความร้อนนี้เป็นเหตุผลหลักว่าทำไมไฟถนน LED 100w อาจหรี่แสงเร็วกว่าที่คาดไว้หากการจัดการระบายความร้อนไม่เพียงพอ

บทบาทสำคัญของการออกแบบการจัดการระบายความร้อน

หากปัญหาความร้อนสูงเกินไปของชิป การจัดการระบายความร้อนคือการป้องกันระดับแนวหน้า ระบบกระจายความร้อนที่ไม่เพียงพออาจเป็นสาเหตุในทางปฏิบัติที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของลูเมนก่อนกำหนด บทบาทของแผ่นระบายความร้อนในอุปกรณ์ติดตั้งไฟถนน LED มีความสำคัญพอๆ กับตัวชิป LED เอง การออกแบบที่ไม่เพียงพอ-โดยมีแผงระบายความร้อนที่มีพื้นที่ผิวไม่เพียงพอ ครีบที่ออกแบบมาไม่ดีซึ่งไม่ส่งเสริมการไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติ หรือการใช้-วัสดุนำความร้อน-การนำความร้อนต่ำ-จะนำไปสู่การสะสมความร้อน

นอกจากนี้ เส้นทางจากชิปไปยังอากาศภายนอกยังเต็มไปด้วยความต้านทานความร้อนอีกด้วย ความต้านทานนี้สามารถสะสมได้ที่อินเทอร์เฟซหลายจุด: ระหว่างชิปและซับสเตรต ระหว่างซับสเตรตและแผงระบายความร้อน และภายในแผ่นระบายความร้อนหรือแผ่นอิเล็กโทรดที่ใช้ยึดติด ช่องว่างอากาศเนื่องจากการติดตั้งไม่สม่ำเสมอหรือ-วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนคุณภาพต่ำทำหน้าที่เป็นผ้าห่มฉนวน โดยกักความร้อนไว้ที่แหล่งกำเนิด สำหรับไฟถนน LED ขนาด 120 วัตต์ที่สร้างความร้อนได้มาก ความต้านทานความร้อนที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้อุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อสูงขึ้นได้อย่างมาก ทำให้เกิดการเสื่อมค่าของลูเมนอย่างรวดเร็ว ทำให้การออกแบบการระบายความร้อนมีความสำคัญต่อข้อกำหนดเฉพาะเท่ากับกำลังไฟเมื่อเลือกไฟถนน LED ใหม่

ฮีโร่ผู้ไม่ร้องและผู้ร้ายที่มีศักยภาพ: ไดร์เวอร์ LED

LED ต้องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ในการทำงาน โดยจ่ายไฟจากตัวขับกระแสคงที่-ที่จะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จากโครงข่ายไฟฟ้า คนขับคนนี้เป็นฮีโร่ที่ไม่ได้ร้อง แต่สามารถกลายเป็นตัวร้ายได้ในเรื่องราวค่าเสื่อมราคาของลูเมน แหล่งจ่ายไฟที่ไม่เสถียรหรือ-คุณภาพต่ำเป็นปัจจัยภายนอกที่สำคัญ หากไดรเวอร์จ่ายกระแสไฟเกินพิกัดของชิปหรือมีแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมสูง (ความผันผวนของเอาท์พุต DC) จะทำให้เกิดแรงดันไฟเกินบน LED สิ่งนี้ไม่เพียงแต่เร่งการสูญเสียแสงเท่านั้น แต่ยังทำให้อายุการใช้งานของชิปสั้นลงอย่างหายนะ

อายุของไดรเวอร์เป็นอีกหนึ่งปัญหาสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของแสงกลางแจ้ง ส่วนประกอบเช่นตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีความไวต่ออุณหภูมิสูง ภายในโคมไฟถนนสมัยใหม่ที่โดนแสงแดด อุณหภูมิของตัวเก็บประจุอาจเกินอายุการใช้งานที่กำหนดได้ง่าย ส่งผลให้อิเล็กโทรไลต์แห้งหรือรั่ว การเสื่อมสภาพนี้นำไปสู่เอาท์พุตกระแสไฟฟ้าที่ไม่เสถียร ซึ่งแสดงออกมาเป็นการกะพริบ และที่สำคัญคือมีส่วนทำให้ชิป LED เสื่อมค่าลูเมนเร็วขึ้น ตัวขับคุณภาพสูง-พร้อมส่วนประกอบที่แข็งแกร่งและการควบคุมการกระเพื่อมที่แน่นหนา (เช่น<3%) is non-negotiable for long-lasting city street lights.

การโจมตีอย่างไม่หยุดยั้งของสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง

โคมไฟถนนถือเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ถูกใช้งานมากที่สุดในโครงสร้างพื้นฐานของเรา โดยต้องเผชิญกับความเครียดจากสิ่งแวดล้อมอย่างไม่หยุดยั้ง

●การปั่นจักรยานในอุณหภูมิที่สูงมาก: ไฟถนนในเขตเทศบาลจะต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาล ตั้งแต่คืนฤดูหนาวที่หนาวเหน็บไปจนถึงวันในฤดูร้อนที่แผดเผา วงจรเหล่านี้ทำให้เกิดการขยายตัวและการหดตัวอย่างต่อเนื่องของวัสดุทั้งหมด-ทั้งตัวเรือนโลหะ เลนส์พลาสติก และส่วนประกอบภายใน ความล้าทางกลนี้สามารถทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก-ในซิลิโคนห่อหุ้มของ LED ข้อต่อบัดกรีที่เชื่อมต่อกับชิป หรือแม้แต่วัสดุพิมพ์ รอยแตกขนาดเล็ก-เหล่านี้รบกวนทั้งทางเดินไฟฟ้าและเส้นทางการนำความร้อน ทำให้เกิดจุดร้อนเฉพาะจุดและการสูญเสียแสง

●ความชื้นและการกัดกร่อน: ความชื้น ฝนตกหนัก และสเปรย์เกลือในบริเวณชายฝั่งมีอย่างต่อเนื่อง หากระดับการป้องกันทางเข้า (IP) ของฟิกซ์เจอร์ไม่เพียงพอ (ต่ำกว่า IP65) ความชื้นก็จะซึมเข้าไปในที่สุด เมื่อเข้าไปข้างใน จะกัดกร่อนหน้าสัมผัสโลหะบนชิป ออกซิไดซ์แผงระบายความร้อน และทำให้วงจรของไดรเวอร์เสียหาย การกัดกร่อนบนแผ่นระบายความร้อนจะเพิ่มความต้านทานความร้อน ในขณะที่การกัดกร่อนบนหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าจะเพิ่มความต้านทาน ทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น-เป็นวงจรที่เลวร้ายซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงอย่างรุนแรง

●รังสียูวีและสิ่งปนเปื้อน: การได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์เป็นเวลานานอาจทำให้เลนส์หลักของ LED และเลนส์รองของฟิกซ์เจอร์ (มักทำจากโพลีคาร์บอเนตหรืออะคริลิค) เปลี่ยนเป็นสีเหลืองและเปราะ เอฟเฟกต์ "สีน้ำตาล" นี้ช่วยลดการส่งผ่านแสงได้อย่างมาก ทำให้ไฟถนนดูหรี่ลงแม้ว่าตัวชิปจะยังคงผลิตแสงอยู่ก็ตาม นอกจากนี้ การสะสมของฝุ่น สิ่งสกปรก และอินทรียวัตถุ เช่น มูลนกบนเลนส์ยังทำหน้าที่เป็นตัวกรองที่ไม่พึงประสงค์ ปิดกั้นแสงที่ส่งออก และโดยการเป็นฉนวนฟิกซ์เจอร์ จะขัดขวางการกระจายความร้อน

ข้อบกพร่องจากโรงงาน: ข้อบกพร่องในการผลิตและการประกอบ

ค่าเสื่อมราคาของลูเมนไม่ได้ทั้งหมดเริ่มต้นในสนาม เมล็ดพืชบางส่วนถูกหว่านในระหว่างการผลิต กระบวนการเคลือบชิป LED สีฟ้าด้วยชั้นสารเรืองแสงเพื่อสร้างแสงสีขาวนั้นละเอียดอ่อน การใช้ฟอสเฟอร์ที่ไม่สม่ำเสมอสามารถนำไปสู่อุณหภูมิสีที่ไม่สอดคล้องกัน และที่สำคัญกว่านั้นคือความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุดในพื้นที่ที่มีการครอบคลุมที่บางกว่า ซึ่งเร่งการสลายตัวในจุดเหล่านั้น การใช้ซิลิโคนห่อหุ้มเกรดต่ำ-หรืออีพอกซีเรซินที่มีแนวโน้มที่จะเกิดสีเหลืองอย่างรวดเร็วภายใต้รังสียูวีและความร้อน จะทำให้สูญเสียแสงก่อนวัยอันควรด้วย

การประกอบที่มีข้อผิดพลาด เช่น การบัดกรีที่ไม่ดีซึ่งสร้าง "ข้อต่อเย็น" ระหว่างชิปและซับสเตรต ทำให้เกิดความต้านทานไฟฟ้าสูง การเชื่อมต่อที่ไม่ดีเหล่านี้กลายเป็นจุดร้อนที่ทำให้โครงสร้างของชิปในเครื่องเสื่อมลง ในทำนองเดียวกัน การใช้วัสดุที่ไม่ได้มาตรฐานสำหรับฉากยึดหรือลีดเฟรมที่สึกกร่อนหรือเสียรูปภายใต้ความเครียดจากความร้อน อาจทำให้ชิปเกิดความเครียดทางกลไก นำไปสู่ความล้มเหลวได้

ข้อผิดพลาดในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่ละเลย

สุดท้ายนี้ วิธีการใช้และบำรุงรักษาไฟถนนมีบทบาทสำคัญอย่างไร แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วไฟ LED จะทนทาน แต่การเปิด-การปิดบ่อยครั้งอาจเป็นอันตรายได้ การเพิ่มกำลังแต่ละครั้ง-สามารถทำให้เกิดกระแสไฟกระชากเล็กน้อย และความเครียดทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นพันๆ รอบสามารถสร้างความเสียหายให้กับเซมิคอนดักเตอร์ได้ นี่คือข้อควรพิจารณาสำหรับไฟถนนอัจฉริยะที่มีระบบไฟถนน LED แบบเหนี่ยวนำ-การตรวจจับความเคลื่อนไหวหรือการลดแสงแบบปรับได้ อัลกอริธึมการควบคุมควรได้รับการออกแบบเพื่อลดพฤติกรรมการเปิด/ปิดแบบวนรอบให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อให้ลดแสงลงอย่างนุ่มนวล

บางทีปัจจัยที่ตรงไปตรงมาที่สุดก็คือการละเลย การสะสมของสิ่งสกปรกบนฟิกซ์เจอร์ตามที่กล่าวไว้จะช่วยลดแสงที่ส่องสว่างได้โดยตรง นอกจากนี้ ความล้มเหลวในการตรวจสอบและแก้ไขความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญในระบบส่งไฟฟ้าในท้องถิ่น ซึ่งพบได้ทั่วไปในพื้นที่เก่าหรือห่างไกล อาจทำให้ทั้งคนขับและ LED อยู่นอกหน้าต่างการทำงานที่ออกแบบไว้ ซึ่งส่งผลให้การลดลงเร็วขึ้น

บทสรุปและเส้นทางไปข้างหน้า

แล้วอะไรคือสาเหตุของการเสื่อมค่าลูเมนของไฟถนน? ดังที่เราได้สำรวจไปแล้ว ปัจจัยนี้แทบจะไม่ใช่ปัจจัยเดียว แต่เป็นประเด็นที่เชื่อมโยงกัน: ฟิสิกส์พื้นฐานของการเสื่อมสภาพของชิป แย่ลงจากการจัดการระบายความร้อนที่ไม่ดี พลังงานที่ไม่เสถียร การโจมตีด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรง ข้อบกพร่องในการผลิตที่อาจเกิดขึ้น และการสึกหรอจากการปฏิบัติงาน สำหรับไฟถนน LED ขนาด 50 วัตต์บนถนนที่เงียบสงบหรือโคมไฟทรงสูง-ในศูนย์กลางการคมนาคมขนส่ง หลักการนั้นเป็นสากล

เส้นทางสู่หลอดไฟถนนที่ทนทาน{0}}และเชื่อถือได้มากขึ้นนั้นอยู่ที่การแก้ไขปัญหาเหล่านี้แบบองค์รวม โดยเกี่ยวข้องกับการเลือกอุปกรณ์ติดตั้งที่สร้างขึ้นด้วยไฟ LED แบบรวมกลุ่มคุณภาพสูง-จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียง ออกแบบทางวิศวกรรมด้วยแผงระบายความร้อนที่ออกแบบมาอย่างมีประสิทธิภาพขนาดใหญ่กว่า- และเส้นทางระบายความร้อนที่แข็งแกร่ง ต้องใช้ไดรเวอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง การกระเพื่อมต่ำ และส่วนประกอบที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับอุณหภูมิสูง อุปกรณ์ติดตั้งต้องมีระดับ IP สูง (IP65/IP66) สำหรับการทนทานต่อสภาพอากาศ และใช้วัสดุด้านการมองเห็นที่มีความเสถียรต่อรังสียูวี- สุดท้ายนี้ ขั้นตอนง่ายๆ ในการทำความสะอาดเป็นระยะและการตรวจสอบระบบไฟฟ้าสามารถรักษากำลังแสงลูเมนได้นานหลายปี

ด้วยการทำความเข้าใจเหตุผลทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติเบื้องหลังการลดแสงลง ผู้รับผิดชอบโครงสร้างพื้นฐานระบบแสงสว่างกลางแจ้งของเราจึงสามารถตัดสินใจได้อย่างมีข้อมูล โดยก้าวข้ามต้นทุนเริ่มแรกเพื่อพิจารณาต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของและ-ประสิทธิภาพในระยะยาว เพื่อให้มั่นใจว่าถนนของเรายังคงมีแสงสว่างอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในปีต่อๆ ไป

 

 

หากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม กรุณาเยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราwww.nszlamp.com

ส่งอีเมลไปที่sales@nszlamp.com

โทร:+86 199 0658 5812 / +86 190 4568 8355 / +86(0574) 65358138

แอปอะไร:+86 199 0658 5812 / +86 190 4568 8355