Knowledge

برای قرن‌ها، نور خیابانی نگهبان شب‌های شهری ما بوده است و از لامپ‌های گازی سوسوزن به چراغ‌های خیابانی مدرن و درخشان تبدیل شده است. امروزه چراغ‌های خیابان‌های شهری در سراسر جهان عمدتاً از فناوری دیود ساطع نور (LED) استفاده می‌کنند که به دلیل کارایی انرژی و عمر طولانی آن مشهور است. خواه یک چراغ خیابانی 25 واتی led در مسیر مسکونی باشد یا یک چراغ خیابانی قدرتمند 200 واتی که یک بزرگراه اصلی را روشن می کند، وعده نور ثابت و روشن برای ایمنی عمومی و زیبایی شهری بسیار مهم است. با این حال، هرکسی که نورهای قدیمی فضای باز را مشاهده کرده باشد ممکن است به مرور زمان متوجه کاهش تدریجی و در عین حال اجتناب ناپذیر شود. این پدیده که به عنوان استهلاک لومن شناخته می شود، کاهش تدریجی در خروجی نور از یک چراغ چراغ خیابانی است. درک دلایل کاهش لومن نور خیابان چیست؟ برای برنامه ریزان شهری، مهندسان و هر کسی که در چراغ های خیابانی شهرداری سرمایه گذاری می کند ضروری است. در حالی که یک چراغ خیابانی کلاسیک مانند یک لامپ سدیم فشار قوی مکانیزم‌های فروپاشی خاص خود را دارد، عوامل مؤثر بر چراغ‌های خیابانی جدید متمایز هستند و ریشه در ماهیت-حالت جامد آنها دارند. این مقاله به دلایل علمی و زیست‌محیطی پشت این کاهش نور می‌پردازد و توضیح می‌دهد که چرا حتی یک نصب رضایت‌بخش چراغ‌های خیابانی با گذشت سال‌ها از خدمات، بازدهی کاهش می‌یابد.

از فن‌آوری‌های معمولی نور خیابان گرفته تا چراغ‌های خیابانی هوشمند امروزی، همه افراد نورانی با نبرد با زمان و عناصر روبرو هستند. چراغ های خیابانی سبک قدیمی عمدتاً به دلیل فرسودگی رشته یا تخلیه تدریجی شیمیایی از کار افتادند. در مقابل، چراغ‌های خیابانی LED تجاری معمولاً ناگهانی نمی‌سوزند، بلکه به آرامی محو می‌شوند. علل ریشه‌ای، تعامل پیچیده فیزیک داخلی، تهاجم محیطی خارجی و اجرای طرح است. برای چراغ خیابانی 150 واتی یا چراغ خیابانی 70 واتی، اصول اساسی یکسان باقی می‌ماند. سفر نور از تراشه نیمه هادی کوچک به خیابان زیر مملو از چالش هایی است که کارایی نورانی آن را از بین می برد.

قلب موضوع: تخریب چیپ LED هسته

در هسته هر فانوس خیابانی LED، تراشه نیمه هادی، شگفتی مهندسی مدرن، قرار دارد. برخلاف رشته ساده یک لامپ خیابانی قدیمی، یک تراشه LED از طریق ترکیب مجدد الکترون ها و سوراخ های درون موادی مانند نیترید گالیوم، نور تولید می کند. علت اصلی و ذاتی کاهش ارزش لومن در اینجا اتفاق می افتد. عملکرد طولانی مدت-به پیری مواد منجر می‌شود-فرآیندی که در آن عیوب در ساختار کریستالی مهاجرت می‌کنند و ناخالصی‌ها منتشر می‌شوند. این کاهش راندمان کوانتومی نیمه هادی به این معنی است که به تدریج بخش کوچکتری از انرژی الکتریکی به نور تبدیل می شود و مقدار بیشتری به عنوان گرما تلف می شود. این گرما، به نوبه خود، تخریبی را که آن را ایجاد کرده است، تسریع می کند.

این منجر به بحرانی ترین شتاب دهنده از دست دادن لومن می شود: دمای بیش از حد اتصال (Tj). محل اتصال لایه فعال درون تراشه است که در آن نور تولید می شود. قاعده کلی در صنعت این است که به ازای هر 10 درجه افزایش در دمای محل اتصال بالاتر از آستانه نامی آن، میزان استهلاک لومن می تواند دو برابر شود. یک لامپ خیابانی LED القایی یا هر چراغ خیابانی LED با کیفیت به دقت برای حداکثر Tj رتبه بندی می شود. با این حال، در سناریوهای{5}}روشنایی در فضای باز در دنیای واقعی، حفظ Tj پایین یک مشکل دائمی است. در طول موج گرمای تابستان، یک محفظه چراغ‌های خیابانی مهر و موم شده می‌تواند تبدیل به اجاق شود، با دمای محیط بالا و گرمای داخلی تراشه جایی برای رفتن ندارد. این تنش حرارتی دلیل اصلی این است که اگر مدیریت حرارتی آن ناکافی باشد، چراغ خیابانی 100 واتی ممکن است سریعتر از حد انتظار کم شود.

نقش حیاتی طراحی مدیریت حرارتی

اگر مشکل داغ شدن بیش از حد تراشه باشد، مدیریت حرارتی دفاع خط مقدم است. سیستم اتلاف گرما ناقص مسلماً شایع ترین علت عملی شکست زودرس لومن است. نقش هیت سینک در یک چراغ خیابانی LED به اندازه خود تراشه LED بسیار مهم است. طراحی نامناسب-شامل یک هیت سینک با مساحت سطح ناکافی، باله های مهندسی ضعیفی که جریان هوای طبیعی را افزایش نمی دهند، یا استفاده از مواد{4}}حرارتی-کم رسانایی-به تجمع گرما منجر می شود.

علاوه بر این، مسیر تراشه به هوای بیرون با مقاومت حرارتی مواجه است. این مقاومت می تواند در چندین رابط جمع شود: بین تراشه و بستر آن، بین بستر و هیت سینک، و در داخل خمیر حرارتی یا پدهای مورد استفاده برای اتصال آنها. شکاف های هوا به دلیل نصب ناهموار یا مواد رابط حرارتی با کیفیت پایین-به عنوان پتوهای عایق عمل می کنند و گرما را در منبع به دام می اندازند. برای یک چراغ خیابانی 120 واتی که گرمای قابل توجهی تولید می کند، حتی یک افزایش اندک در مقاومت حرارتی می تواند دمای محل اتصال را به طور چشمگیری افزایش دهد و باعث کاهش سریع لومن شود. این باعث می شود که طراحی حرارتی به اندازه وات در هنگام انتخاب چراغ های خیابانی جدید به عنوان یک ویژگی مهم باشد.

قهرمان گمنام و شرور بالقوه: راننده LED

LED ها برای کار کردن به جریان مستقیم (DC) نیاز دارند که توسط یک درایور جریان ثابت-تامین می شود که جریان متناوب (AC) را از شبکه تبدیل می کند. این راننده قهرمان گمنام است اما می تواند در داستان کاهش ارزش لومن تبدیل به یک شرور شود. منبع تغذیه ناپایدار یا با کیفیت پایین{3} یک عامل خارجی کلیدی است. اگر درایور جریانی را ارائه دهد که از درجه بندی تراشه بیشتر باشد یا دارای ریپل ولتاژ بالا (نوسانات در خروجی DC) باشد، فشار الکتریکی بیش از حد بر روی LED وارد می کند. این نه تنها از دست دادن نور را تسریع می کند، بلکه می تواند به طور فاجعه باری طول عمر تراشه را کوتاه کند.

پیری راننده یکی دیگر از مسائل مهم است، به ویژه در محیط سخت روشنایی در فضای باز. اجزایی مانند خازن های الکترولیتی به دماهای بالا حساس هستند. در داخل یک چراغ خیابانی مدرن که در معرض نور خورشید قرار دارد، دمای خازن به راحتی می تواند از عمر نامی خود فراتر رود و باعث خشک شدن یا نشت الکترولیت شود. این تخریب منجر به خروجی جریان ناپایدار می‌شود که به صورت سوسو زدن ظاهر می‌شود و به طور مهمی به تسریع کاهش ارزش لومن تراشه‌های LED کمک می‌کند. یک درایور با کیفیت-بالا با اجزای قوی و کنترل ریپل محکم (مثلاً<3%) is non-negotiable for long-lasting city street lights.

حمله بی امان به محیط بیرون

لامپ‌های خیابانی احتمالاً یکی از پرمصرف‌ترین وسایل برقی در زیرساخت‌های ما هستند که با رگبار بی‌امان استرس محیطی مواجه هستند.

●دوچرخه‌سواری با دمای بسیار بالا: یک چراغ خیابان شهری باید در نوسان کامل فصول، از شب‌های یخ‌زده زمستان تا روزهای سوزان تابستان، مقاومت کند. این چرخه ها باعث انبساط و انقباض دائمی همه مواد-محفظه فلزی، عدسی پلاستیکی و خود اجزای داخلی می شود. این خستگی مکانیکی می‌تواند منجر به ایجاد ترک‌های ریز- در سیلیکون محصور کننده LED، اتصالات لحیم کاری که تراشه را به هم متصل می‌کنند، یا حتی زیرلایه شود. این ترک‌های میکرو{5}}هم مسیر الکتریکی و هم مسیر هدایت حرارتی را مختل می‌کنند و منجر به نقاط داغ موضعی و از دست دادن نور می‌شوند.

●رطوبت و خوردگی: رطوبت، بارش باران و در مناطق ساحلی، نمک پاشی، بی امان هستند. اگر درجه حفاظت از نفوذ (IP) یک لامپ کافی نباشد (زیر IP65)، رطوبت در نهایت نفوذ می کند. پس از داخل شدن، تماس های فلزی روی تراشه را خورده، سینک حرارتی را اکسید می کند و به مدار راننده آسیب می رساند. خوردگی روی هیت سینک مقاومت حرارتی را افزایش می‌دهد، در حالی که خوردگی روی کنتاکت‌های الکتریکی مقاومت را افزایش می‌دهد و گرمای بیشتری ایجاد می‌کند-یک چرخه معیوب که به شدت عملکرد را کاهش می‌دهد.

● اشعه ماوراء بنفش و آلودگی ها: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش خورشید می تواند باعث زرد شدن و شکننده شدن لنز اولیه LED و اپتیک ثانویه دستگاه (اغلب از پلی کربنات یا اکریلیک) شود. این اثر "قهوه ای" به طور قابل توجهی عبور نور را کاهش می دهد و باعث می شود که نور خیابان کم نورتر به نظر برسد حتی اگر خود تراشه همچنان نور تولید کند. علاوه بر این، تجمع گرد و غبار، خاک و مواد آلی مانند فضولات پرندگان روی لنز به عنوان یک فیلتر ناخواسته عمل می‌کند، خروجی نور را مسدود می‌کند و با عایق‌کردن دستگاه، مانع از اتلاف گرما می‌شود.

ایرادات کارخانه: عیوب ساخت و مونتاژ

تمام استهلاک لومن در میدان شروع نمی شود. برخی از بذرها در طول تولید کاشته می شوند. فرآیند پوشش دادن تراشه LED آبی با یک لایه فسفر برای ایجاد نور سفید ظریف است. استفاده ناهموار از فسفر می تواند منجر به دمای رنگ ناسازگار و مهمتر از آن گرمای بیش از حد موضعی در مناطقی با پوشش نازک تر شود و پوسیدگی در آن نقاط را تسریع کند. استفاده از سیلیکون‌های کپسوله‌دار درجه پایین یا رزین‌های اپوکسی که در زیر اشعه ماوراء بنفش و گرما مستعد زرد شدن سریع هستند نیز منجر به از دست دادن نور زودرس می‌شود.

مونتاژ معیوب، مانند لحیم کاری ضعیف که باعث ایجاد "اتصال سرد" بین تراشه و بستر آن می شود، مقاومت الکتریکی بالایی ایجاد می کند. این اتصالات بد به نقاط داغ تبدیل می شوند که ساختار تراشه را به صورت محلی تخریب می کنند. به طور مشابه، استفاده از مواد نامرغوب برای براکت ها یا قاب های سربی که تحت تنش حرارتی خورده یا تغییر شکل می دهند، می تواند به طور مکانیکی تراشه را تحت فشار قرار دهد و منجر به شکست شود.

اشتباهات عملیاتی و نگهداری نادیده گرفته شده

در نهایت، نحوه عملکرد و نگهداری چراغ خیابان نقش مهمی ایفا می کند. در حالی که LED ها عموماً قوی هستند، دوچرخه سواری خاموش{1} مکرر می تواند مضر باشد. هر برق{3}}می تواند یک موج کوچک جریان القا کند و در طی هزاران سیکل، این تنش الکتریکی می تواند به نیمه هادی آسیب برساند. این موضوع برای چراغ‌های خیابانی هوشمند با کم‌نور تطبیقی ​​یا سیستم‌های لامپ ال‌ای‌دی القایی حسگر حرکتی در نظر گرفته می‌شود. الگوریتم‌های کنترلی آن‌ها باید طوری طراحی شوند که رفتار روشن/خاموش چرخه‌ای را به نفع کم‌نور کردن هموار به حداقل برسانند.

شاید ساده ترین عامل غفلت ساده باشد. انباشته شدن کثیفی بر روی فیکسچر، همانطور که گفته شد، به طور مستقیم خروجی نور را کاهش می دهد. علاوه بر این، ناتوانی در نظارت و اصلاح نوسانات ولتاژ قابل توجه در شبکه برق محلی، که در مناطق قدیمی یا دورافتاده رایج است، می‌تواند هم درایور و هم LED را به فراتر از پنجره‌های عملیاتی طراحی‌شده‌شان سوق دهد و کاهش آنها را تسریع کند.

نتیجه گیری و مسیر رو به جلو

بنابراین، دلایل کاهش لومن نور خیابان چیست؟ همانطور که بررسی کردیم، به ندرت یک عامل واحد است، بلکه سمفونی از مسائل مرتبط به هم است: فیزیک اساسی پیری تراشه، که توسط مدیریت حرارتی ضعیف، قدرت ناپایدار، حملات وحشیانه محیطی، نقص‌های احتمالی تولید، و سایش عملیاتی تشدید می‌شود. برای یک چراغ خیابانی 50 واتی led در یک خیابان ساکت یا یک وسیله{2}}در یک مرکز حمل و نقل، اصول کلی هستند.

راه رسیدن به یک -روشنایی رضایت‌بخش بادوام‌تر و قابل‌اعتمادتر در رسیدگی به این علل به‌طور کل‌نگر نهفته است. این شامل انتخاب وسایلی است که با-ال‌ای‌دی‌های باکیفیت بالا و محفظه‌شده از تولیدکنندگان معتبر ساخته شده‌اند، که با هیت سینک‌های بزرگ‌تر-با طراحی کارآمد و مسیرهای حرارتی مقاوم طراحی شده‌اند. به درایورهایی با راندمان بالا، ریپل کم و اجزای درجه بندی شده برای دماهای بالا نیاز دارد. این دستگاه باید دارای رتبه IP بالا (IP65/IP66) برای مقاومت در برابر آب و هوا باشد و از مواد نوری پایدار{8}}UV استفاده کند. در نهایت، یک رژیم ساده تمیز کردن دوره‌ای و بررسی سیستم الکتریکی می‌تواند خروجی لومن را برای سال‌ها حفظ کند.

با درک این دلایل علمی و عملی در پشت کم‌نور کردن، مسئولین زیرساخت‌های روشنایی فضای باز ما می‌توانند تصمیمات آگاهانه بگیرند، فراتر از هزینه اولیه، هزینه کل مالکیت و عملکرد بلندمدت را در نظر بگیرند، و اطمینان حاصل کنند که خیابان‌های ما به طور ایمن و کارآمد برای سال‌های آینده روشن می‌مانند.

 

 

برای سوالات بیشتر، لطفا از وب سایت ما دیدن کنیدwww.nszlamp.com

ایمیل بهsales@nszlamp.com

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

برنامه چیست:+86 199 0658 5812 / +86 190 4568 8355