KATI HAL AYDINLATMA ÜRÜNLERİ ÖMÜR ÖLÇÜMÜ VE TAHMİNİ STANDARTLARI

Transkript

1 KATI HAL AYDINLATMA ÜRÜNLERİ ÖMÜR ÖLÇÜMÜ VE TAHMİNİ STANDARTLARI Dr. M. Berker Yurtseven İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü 22 Eylül Ulusal Aydınlatma Kongresi

2 Giriş LED lerin Gelişimi 2002: 20 lm/w 2003: 65 lm/w 2006: 131 lm/w 2012: 254 lm/w 2011: 231 lm/w 2013: 276 lm/w 2014: 303 lm/w

3 Giriş LED Ömrü Lighting Research Center (LRC) Katı Hal Aydınlatma Sistemleri ve Teknolojileri Birliği (ASSIST) 2002 Genel Aydınlatma için LED Ömrü: Ömrün Tanımı (ŞUBAT 2005) L 80, L 70, L 50

4 Giriş - Standartlar IES LM LED Işık Kaynaklarının Işık Akısı Sürekliliğinin Ölçümü 2015 IES LM LED Çiplerinin, Dizi ve Modüllerinin, Işık Akısı ve Renk Sürekliliğinin Ölçümü IES TM Ömür Öngörü Yöntemi IES LM LED Lambaların, Işık Motorlarının ve Armatürlerin Işık Akısı ve Renk Sürekliliğinin Ölçümü IES TM LED Lamba ve Armatürlerin Uzun Dönem Işık Akısı Sürekliliği Öngörüsü

5 ASSIST: LED Ömrü L 80 : Renksel algılamanın önemli olduğu yerler L 70 : Genel aydınlatma uygulamaları L 50 : Işık akısının kritik olmadığı yerler (örn: dekoratif aydınlatma) Yüksek güçlü LED çipleri için (I f > 100 ma) Lehim noktası sıcaklıklarını 45 C, 65 C ve 85 C Düşük güçlü LED çipleri için (I f < 100 ma) Lehim noktasının sıcaklık değerleri 35 C, 45 C ve 55 C 6000 saat, nominal akımda ölçüm İlk 1000 saatlik ölçüm hesaba katılmaz Son 5000 saatlik ölçüm ömür hesabında kullanılır Ölçüm sonunda ışık akısı %70 e veya %50 ye ulaşmadıysa ekstrapolasyon

6 ASSIST: LED Sistemleri 25 C ortam sıcaklığında, saat arasında LED sistemi izlenir İlk 1000 saat sonundaki ışık akısı değeri %100 e normalize edilerek, 6000 saat sonundaki ışık akısı düşümü hesaplanır. İlk durumdaki ışık akısının %70 veya %50 sinden fazla ise, ~ ekstrapolasyon Yüksek sıcaklıktaki ortamlarda çalışacak LED li sistemlerinin ömür testleri, çalışacağı ortam sıcaklığında yapılmalıdır

7 LM ASSIST (2005) LM

8 LED ler vs Sıcaklık The effects of temperature and driving current on the key parameters of commercially available, high-power, white LEDs Lighting Research and Technology, 2014 M.Berker Yurtseven, Seher Ateş, Sermin Onaygil Piyasadan temin edilen 24 LED çip, C arası sıcaklıklarda 3 farklı akım (biri nominal) kademesinde ölçüldü

9 LED ler vs Sıcaklık I f = 1000 ma 50 Derece Sıcaklık Farkı 25 C vs 75 C LED 1 LED 2 -%5,7 -%19, > 94, > 80,5 Etkinlik Faktörü [lm/w] I f = 700 ma 50 Derece Sıcaklık Farkı 25 C vs 75 C LED 3 LED 4 %0,05 %15,3 ~4000K > 4612 CCT [K]

10 LED ler vs Sıcaklık (6500K LED) nominal 350 ma 700 ma 1000 ma 670 K 1000 K CCT, 25 C 6480 K 7150 K 8150 K 820 K 1090 K 2800 K 1120 K 940 K 1030 K CCT, 75 C 7300 K 8240 K 9270 K

11 IES LM 80 08

12 IES LM-80-08: LED Işık Kaynaklarının Işık Akısı Sürekliliğinin Ölçümü (2008) İnorganik LED bazlı çipler, diziler ve modüller (ARMATÜRLER İÇİN GEÇERSİZ!) LM80 -> LED çip üreticileri Minimum 6000 saat, ideal olarak saat, en fazla 1000 saatlik aralıklarla Kaynakların ışık akılarının zamanla azalması dışında bozularak devre dışı kalmaları da dikkate alınmaz 55 C, 85 C ve üreticinin belirleyeceği bir LED çip kasa sıcaklığında, eşit sürüş akımlarıyla test edilmesi gerekmektedir* Sürüş akımı ve LED çip kasa sıcaklığı seçimi yapılırken, gerçek uygulamalarda kullanılacak değerlere yakın değerler seçilmelidir. Renk değişimleri -> spektroradyometre * Not: 9 Ocak 2014 te IES ölçüm için gerekli kasa sıcaklığı şartını üçten ikiye indirmiştir. Bu sıcaklıklardan en az birisi 55 C veya 85 C olmalıdır.

13 IES LM-80-08: LED Işık Kaynaklarının Işık Akısı Sürekliliğinin Ölçümü(2008) LED çip üreticileri sadece belirli sürme akımı ve kasa sıcaklığı için LM 80 verileri sağlayabilmektedir. Armatür üreticileri ve tasarımcıları kendi tasarım sonuçlarına yakın LM80 verilerini eşleştirip ömür performansı tahmini yapabilirler.

14 LM 80 Ölçümleri T kasa - C I - ma Sıcaklık ölçümü! T kasa φ lümen Renk Ölçümü

15 LM 80 Ölçüm Raporu T kasa C

16

17 IES LM LED Işık Kaynaklarının, Dizilerinin ve Modüllerinin Işık Akısı ve Renk Sürekliliğinin Ölçümü (2015) Değişiklikler Işık akısının yanında foton akısının ve radyant enerjinin ölçümü Daha fazla değerlendime kriteri (baskın dalgaboyu, merkez dalgaboyu) Farklı LED sürüş yöntemleri Test süresi ve ölçüm aralığı uygulamaya göre serbest bırakılmış Raporlama süreci daha detaylandırılmış Sıcaklık ölçümleri için yeni yöntemler: Matematiksel ısı transferi hesaplar Termokupl ile ölçüm Referans bir termal sensör ile ölçüm Termal kamera ile ölçüm

18 IES TM 21 11

19 IES TM-21-11: Ömür Öngörü Test Yöntemi (2011) LM verilerinden uzun dönem ışık akısı düşümü tahmini LED çiplerin ışık akısı düşümlerini etkileyen faktörler: Kullanım Süresi Çalışma sıcaklığı Sürüş akımı Kullanılan malzemeler LED lerin ışık akısı düşümleri, LED çip üreticilerine göre Aynı grup LED çipleri içinde farklılık gösterebilmektedir.

20 IES TM-21-11: Ömür Öngörü Test Yöntemi (2011) Sonuçlar raporlanırken, LM80 verisi ölçüm zamanının 6 katından fazla ise, ömür tahmini büyüktür işareti ile verilmelidir (İstatistiksel HATA!) TM21 tahmini verilirken, mutlaka LED çip kasa sıcaklığı ve sürüş akımı da belirtilmelidir. L 70 (7.5k) > (T=55 C, I = 350 ma) İlk durumdaki ışık akısının %70 i Laboratuvar ortamında 7500 saatlik ölçüm LM80 Tahmini Ömür (saat cinsinden) Laboratuvar Ölçüm Parametreleri

21

22 IES LM-84-14: LED Lambaların, Işık Motorlarının ve Armatürlerin Işık Akısı ve Renk Sürekliliğinin Ölçümü (2014) IES LM dokümanının LED lambalara, LED ışık motorlarına ve LED armatürlere genişletilmiş halidir. LED çipi dışındaki diğer armatür elemanlarının da (optik, mekanik ve elektriksel elemanlar) ışık akısı düşümüne ve renk bozulmalarına sebep olur LED lamba, ışık motoru, armatür gibi sistemlerin zamanla ışık akısı düşümü ve renk özelliklerinin değişiminin ölçümü sadece LED çip bazında olmamalıdır.

23 IES LM-84-14: LED Lambaların, Işık Motorlarının ve Armatürlerin Işık Akısı ve Renk Sürekliliğinin Ölçümü (2014) 25 C ± 5 C ortam sıcaklığı Sıcaklık ölçüm elemanları LED lerin direkt ışığına maruz kalmamalıdır Bağıl nem seviyesi < %65 Hava akışı minimize edilmelidir. Ürünler fiziksel olarak tasarlandığı konumda çalıştırılmalı, ölçülmeli ve üreticinin belirttiği gerilim/akım değerleri altında, belirtilen frekansta saf sinüs kaynağı ile sürekli olarak beslenmelidir. Işık akıları belirli aralıklarda IES LM e uygun olarak ölçülmelidir Ürünlerin ışık akısı düşüm tahmini için IES TM LED Lamba ve Armatürlerin Uzun Dönem Işık Akısı Sürekliliği Öngörüsü

24 IES TM-28-14: LED Lamba ve Armatürlerin Uzun Dönem Işık Akısı Sürekliliği Öngörüsü (2014) Ömür öngörüsü tahmini için iki yöntem tanımlamaktadır: Direkt ekstrapolasyon: minimum 6000 saatlik LM84 verileri En az 3 LED ürün örneği kullanılarak ömür tahmini yapılabilir Örnek Sayısı Ömür Çarpanı ,5 10 6

25 IES TM-28-14: LED Lamba ve Armatürlerin Uzun Dönem Işık Akısı Sürekliliği Öngörüsü (2014) Kombine ekstrapolasyon: 6000 saatten az, 3000 saatten fazla LM84 verisi + en az 6000 saatlik LM80 verisi LED ışık kaynağına, armatür etkisini belirlemek amacıyla bir düzeltme faktörü hesaplanır LED çipler için geçerli olan LM80 verileri bu faktör ile çarpılıp LM84 verilerine dönüştürülür. Test örneği sayısı en az beş olmalıdır. Ömür Örnek Sayısı Çarpanı 5 1, , , , ,5 15 6

26 Örnek LED Ömür Hesabı Sıcaklık ( C) Sürme Akımı (ma) 6000 saat ölçüm sonucu ışık akısı korunumu (%) TM21 Öngörüsü (saat) ,9 L 90 (6k)> ,6 L 90 (6k)=38300 %43,6 düşüş ,6 L 90 (6k)= C fark

27 Örnek Ömür Hesabı Sıcaklık ( C) Sürme Akımı (ma) 6000 saat ölçüm sonucu ışık akısı korunumu (%) (6V) 94, (6V) 90,2 20 C fark TM21 Öngörüsü (saat) L 90 (6k)=12000 L 80 (6k)=26600 L 70 (6k)>36300 L 90 (6k)=6060 L 80 (6k)=15400 L 70 (6k)=26000

28 Örnek Ömür Hesabı Sıcaklık ( C) Sürme Akımı (ma) 6000 saat ölçüm sonucu ışık akısı korunumu (%) TM21 Öngörüsü (saat) , ,1 L 90 (6k)=23000 L 80 (6k)>36300 L 70 (6k)>36300 L 90 (6k)=9450 L 80 (6k)=18600 L 70 (6k)= C fark

29 ÖZET LED ömrü ile ilgili kabul gören ilk öneriler: ASSIST 2005 Fiziksel şartları belirlemiş 6000 saatlik laboratuvar ölçümü Ortam sıcaklığı önemli İleriye dönük öngörü standartlaştırılmamış X LM-80-08: LED Çip Laboratuvar Ölçümü TM-21-11: LM 80 Verisinden Ömür Öngörüsü LM-84-14: LED Sistem Laboratuvar Ölçümü TM-28-14: LM 84 Verisinden Ömür Öngörüsü

30 Değerlendirme LED çip ömür öngörüleri en az 6000 saatlik ölçümler sonucunda istatistiksel tahmin yöntemlerine göre yapılmaktadır LED çipleri ömür hesabında LM80, ve TM21 kullanılmakta, aynı sonuçlar LED li ürünler için de geçerli kabul edilmektedir Buna göre son ürün bazında ışık akısı düşümü daha fazla olacaktır Zorluklar: Teknolojinin hızlı gelişimi Hızla artan LED armatür üretimi ve kullanım yüzdesi Ömür ölçüm sürelerinin uzunluğu Yeni standartlarda herhangi bir gelişme olmaması LED çip ömür dokümanlarının yenilenmesine ve LED li aydınlatma ürünlerinin ömür sürelerinin tahmini için daha pratik ve kısa süreli ölçüm yöntemlerine ihtiyaç vardır.

31 İlginize Teşekkürler