Временная стабильность параметров фито-модулей CoB Citizen

Аннотация. Приведены результаты испытаний на надежность светодиодных фито-модулей СоВ для выращивания клубники. Иссле­дованы основные колориметрические и электрические характеристики модулей до и после эксплуатации. Произведен анализ отказов исполь­зуемых в модуле полупроводниковых источников света и драйверов.

Ключевые слова: деградация; полупроводниковые источники света; светодиодные модули СоВ; драйвер.

Внедрение светодиодных модулей и систем освещения основано на таких преимуществах как: высокая энергоэффективность, продолжительный срок службы (в среднем более – 50 тыс. часов) и высокое качество цветопередачи [1]. Для разработки и производства устройств, светодиодного освещения важна достоверная информация о свойствах и надежности компонентов: полупроводниковых источников света и блоков вторичного питания (драйверов) [2].

Целью данной работы является испытания на долговечность (наработку на отказ) фито-модулей CoB Citizen, используемых при выращивании клубники в промышленных масштабах. В работе было исследовано светодиодное устройство внешний вид которого представ­лен на рисунке 1. В качестве драйвера использован блок Star 120-1400TD Aqua IP67, нагрузкой драйвера являются светодиодные фито-модули розового цвета свечения CoB Citizen CLU036-1208C1, с максимальным предельным рабочим токов 1440 мА, размером 19*19 мм. Модули СоВ Citizen CLU036-1208C1 в количестве 2 штук электрически соединены между собой параллельно. Для концентрации светового потока в фито-модулях СоВ Citizen CLU036-1208C1 использована линза из боро­сили­катного стекла с углом 60 градусов.

Рисунок 1. Внешний вид светодиодного осветительного устройства

Внутри источника питания, для контроля его температуры, разме­щен датчик температуры, показания с которого выводятся на цифровой дисплей. Потребляемая мощность устройства при номинальном токе равна 1400 мА, напряжении нагрузки 73,5 В, мощность составила около 116 Вт.

Измерения температуры проводилось в условиях отсутствия воз­душных потоков, положение светодиодного осветительного устройства в горизонтальной плоскости на столе. Температура корпуса в стацио­нарном режиме измерялась тепловизором RGK TL-80 и составила около 60-63 ⁰С при окружающей температуре 20 ⁰С (рисунок 2, 3).

В стационарном режиме при измерении температуры поверхности светодиодного модуля СоВ Citizen CLU036-1208C1 (без линзы) тепловизором, получены значения температуры около 140 ⁰С (рисунок 3), в то же время измерения термопарой на поверхности светодиодного модуля СоВ Citizen CLU036-1208C1 дают значения 80-85 ⁰С (таблица 1) [3].

Таблица 1.

Результаты измерений температуры двух способов

Из результатов измерений следует, что температура на поверхности светодиодного модуля СоВ Citizen CLU036-1208C1 достигает 140^оС.

Испытания на долговечность модулей проводились в тепличном помещении при отсутствии воздушных потоков, относительная влаж­ность соответствовала влажности в уличных условиях.

Испытания проводились с 1.01.2017 года, с ежемесячным контролем световых и электрических параметров модулей. Через двенадцать месяцев было обнаружено образование конденсата под линзой (рисунок 4), после чего была проведена дополнительная герметизация отверстий под провода (рисунок 5).

Внутри светодиодного модуля СоВ Citizen CLU036-1208C1 визуально наблюдаются признаки окисления серебреного покрытия поверхности корпуса (почернение).

После герметизации отверстий конденсат больше не образовывался. Электрические и тепловые режимы остались без изменений.

6.05.2018 г. один из модулей вышел из строя, при этом наработка на отказ составила 11640 часов. На рисунке 6 представлен внешний вид полупроводниковых источников света модуля COB Citizen CLU036-1208C1 после испытаний. Поверхность люминофора покрылась трещинами, люминофор твердый, потерял пластичность, легко крошится, наблюдается потемнение внутри светодиодного модуля СоВ Citizen CLU036-1208С1 по всей площади. Тем не менее светодиодный модуль СоВ Citizen CLU036-1208С1 находится в рабочем состоянии. Второй из испытуемых светодиодных модулей СоВ Citizen CLU036-1208С1 отказал полностью в результате обрыва контактов электропитания.

Рисунок 6. Внешний вид светодиодных модулей СоВ Citizen CLU036-1208С1

Примечание: А – Исходное состояние; Б – Через 7000 часов; В – Через 9000 часов; Г – Через 11640 часов.

С помощью анализатора освещения Everfine PLA-20 провели измерение спектра излучения первого светодиодного модуля, который представлен на рисунке 7.

Рисунок 7. Спектр излучения модуля СМ СоВ Citizen после 11640 часов

Для сравнения на рисунке 8 приведен спектр освещенности для исходного светодиодного модуля СоВ Citizen CLU036-1208С1.

Рисунок 8. Спектры излучения полупроводниковых источников света модуля CoB Citizen CLU036-1208С1 до испытаний

После испытаний, уменьшилась интенсивность светового потока на длине волны 550-600 нм, вследствие возможной температурной деградация люминофора.

Суммарная наработка фито-модулей СоВ Citizen CLU036-1208С1 на отказ составила всего 11640 часов.

Основные причины снижения долговечности модуля в следующем:

·      высокая температура на поверхности модуля при прохождении через него тока 1400 мА;

·      низкая степень герметизации светодиодного модуля.

Таким образом, эксплуатация светодиодного фито-модуля COB Citizen с включением его на максимально допустимый рабочий ток приводит к существенному сокращению ресурса. Работу по повышению срока службы модуля необходимо проводить в направлении обеспе­чения его оптимального теплового режима.