Knowledge

لعدة قرون، كان ضوء الشارع المتواضع حارسًا لليالينا الحضرية، حيث تطور من مصابيح الغاز الوامضة إلى مصابيح الشوارع الحديثة الرائعة. اليوم، يتم تشغيل مصابيح شوارع المدن في جميع أنحاء العالم في الغالب بواسطة تقنية Light Emitting Diode (LED)، المشهورة بكفاءتها في استخدام الطاقة وعمرها الطويل. سواء كان ذلك مصباح شارع LED متواضع بقدرة 25 وات على حارة سكنية أو مصباح شارع قوي بقوة 200 وات يضيء طريقًا سريعًا رئيسيًا، فإن الوعد بالإضاءة الساطعة والمتسقة يعد أمرًا بالغ الأهمية للسلامة العامة والجمال الحضري. ومع ذلك، فإن أي شخص لاحظ تقادم الإضاءة الخارجية قد يلاحظ تعتيمًا تدريجيًا ولكن لا مفر منه بمرور الوقت. هذه الظاهرة، المعروفة باسم انخفاض قيمة اللومن، هي الانخفاض التدريجي في ناتج الضوء من تركيبات إضاءة الشوارع LED. فهم ما هي أسباب انخفاض قيمة شمعة ضوء الشارع؟ يعد أمرًا ضروريًا لمخططي البلديات والمهندسين وأي شخص يستثمر في أضواء الشوارع البلدية. في حين أن مصابيح الشوارع التقليدية، مثل مصابيح الصوديوم- ذات الضغط العالي، لها آليات اضمحلال خاصة بها، فإن العوامل التي تؤثر على مصابيح الشوارع LED الجديدة متميزة ومتجذرة في طبيعة -حالتها الصلبة. تتعمق هذه المقالة في الأسباب العلمية والبيئية وراء هذا التعتيم، موضحة لماذا حتى تركيب مصابيح الشوارع المُرضية سيشهد انخفاضًا في الإنتاج على مدار سنوات من الخدمة.

بدءًا من تقنيات إضاءة الشوارع التقليدية وحتى مصابيح الشوارع الذكية اليوم، يواجه جميع النجوم البارزين المعركة ضد الزمن والعناصر. فشلت مصابيح الشوارع ذات الطراز القديم في المقام الأول بسبب احتراق الخيوط أو الاستنزاف الكيميائي التدريجي. في المقابل، لا "تحترق" مصابيح الشوارع التجارية بشكل مفاجئ ولكنها تتلاشى ببطء. الأسباب الجذرية هي تفاعل معقد بين الفيزياء الداخلية، والاعتداء البيئي الخارجي، وتنفيذ التصميم. بالنسبة لمصابيح الشوارع LED بقوة 150 وات أو مصابيح الشوارع LED بقدرة 70 وات، تظل المبادئ الأساسية كما هي. إن رحلة الضوء من شريحة أشباه الموصلات الصغيرة إلى الشارع بالأسفل محفوفة بالتحديات التي تقلل من فعاليتها المضيئة.

جوهر الأمر: تدهور شريحة LED الأساسية

في قلب كل فانوس شارع LED توجد شريحة أشباه الموصلات، وهي إحدى أعجوبة الهندسة الحديثة. على عكس الفتيل البسيط لمصباح الشارع ذي الطراز القديم، تولد شريحة LED الضوء من خلال إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب الموجودة داخل مواد مثل نيتريد الغاليوم. يحدث هنا السبب الجوهري الأساسي لانخفاض قيمة اللومن. يؤدي التشغيل على المدى الطويل-إلى تقادم المادة-وهي عملية تنتقل فيها العيوب في البنية البلورية وتنتشر الشوائب. ويعني هذا التدهور في الكفاءة الكمية لأشباه الموصلات أن جزءًا أصغر تدريجيًا من الطاقة الكهربائية يتحول إلى ضوء، مع هدر المزيد على شكل حرارة. وهذه الحرارة بدورها تعمل على تسريع عملية التدهور التي أنتجتها.

وهذا يؤدي إلى المسرع الأكثر أهمية لفقد التجويف: درجة حرارة الوصلة المفرطة (Tj). الوصلة هي الطبقة النشطة داخل الشريحة حيث يتم إنتاج الضوء. والقاعدة الأساسية في الصناعة هي أنه مقابل كل زيادة بمقدار 10 درجات في درجة حرارة الوصلة فوق الحد المقدر لها، يمكن أن يتضاعف معدل انخفاض قيمة اللومن. إن مصباح الشارع LED التعريفي أو أي مصباح شارع LED عالي الجودة تم تصنيفه بدقة للحصول على أقصى Tj. ومع ذلك، في سيناريوهات الإضاءة الخارجية-في العالم الحقيقي، يعد الحفاظ على انخفاض Tj بمثابة صراع مستمر. خلال موجة الحر الصيفية، يمكن أن يتحول غطاء إنارة الشارع المغلق إلى فرن، مع ارتفاع درجات الحرارة المحيطة وعدم وجود مكان تذهب إليه الحرارة الداخلية من الشريحة. يعد هذا الإجهاد الحراري هو السبب الرئيسي وراء تعتيم ضوء الشارع LED بقدرة 100 واط بشكل أسرع من المتوقع إذا كانت إدارته الحرارية غير كافية.

الدور الحاسم لتصميم الإدارة الحرارية

إذا كانت المشكلة هي ارتفاع درجة حرارة الشريحة، فإن الإدارة الحرارية هي خط الدفاع الأمامي. يمكن القول إن نظام تبديد الحرارة الناقص هو السبب العملي الأكثر شيوعًا لفشل التجويف المبكر. إن دور المشتت الحراري في تركيبات إضاءة الشوارع LED لا يقل أهمية عن شريحة LED نفسها. التصميم غير المناسب-الذي يشتمل على مشتت حراري بمساحة سطحية غير كافية، أو زعانف مصممة بشكل سيئ لا تعزز تدفق الهواء الطبيعي، أو استخدام مواد-حرارة-موصلية منخفضة-سوف يؤدي إلى تراكم الحرارة.

علاوة على ذلك، فإن المسار من الشريحة إلى الهواء الخارجي يعاني من المقاومة الحرارية. يمكن أن تتراكم هذه المقاومة في واجهات متعددة: بين الشريحة والركيزة، بين الركيزة والمشتت الحراري، وداخل المعجون الحراري أو الوسادات المستخدمة لربطها. فجوات الهواء الناتجة عن التركيب غير المتساوي أو مواد الواجهة الحرارية-منخفضة الجودة تعمل بمثابة بطانيات عازلة، حيث تحبس الحرارة عند المصدر. بالنسبة لمصابيح الشوارع LED بقدرة 120 وات التي تولد حرارة كبيرة، فحتى الزيادة البسيطة في المقاومة الحرارية يمكن أن ترفع درجة حرارة الوصلة بشكل كبير، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في قيمة اللومن. وهذا يجعل التصميم الحراري مواصفات لا تقل أهمية عن القوة الكهربائية عند اختيار مصابيح الشوارع LED الجديدة.

البطل المجهول والشرير المحتمل: سائق LED

تتطلب مصابيح LED تشغيل تيار مباشر (DC)، يتم توفيره بواسطة محرك تيار ثابت-يحول التيار المتردد (AC) من الشبكة. هذا السائق هو البطل المجهول ولكنه يمكن أن يصبح شريرًا في قصة انخفاض قيمة اللومن. يعتبر مصدر الطاقة غير المستقر أو المنخفض الجودة-عاملاً خارجيًا رئيسيًا. إذا كان السائق يوفر تيارًا يتجاوز تصنيف الشريحة أو يحتوي على تموج عالي الجهد (تقلبات في خرج التيار المستمر)، فإنه يضع ضغطًا كهربائيًا زائدًا على مؤشر LED. وهذا لا يؤدي إلى تسريع فقدان الضوء فحسب، بل يمكن أن يؤدي إلى تقصير عمر الشريحة بشكل كارثي.

تعد شيخوخة السائق مشكلة بالغة الأهمية، خاصة في بيئة الإضاءة الخارجية القاسية. المكونات مثل المكثفات الإلكتروليتية حساسة لدرجات الحرارة المرتفعة. داخل مصباح الشارع الحديث المعرض للشمس، يمكن أن تتجاوز درجات حرارة المكثف بسهولة عمره الافتراضي، مما يتسبب في جفاف المنحل بالكهرباء أو تسربه. يؤدي هذا التدهور إلى إخراج تيار غير مستقر، والذي يظهر على شكل وميض، ويساهم بشكل حاسم في تسارع انخفاض قيمة اللومن لرقائق LED. برنامج تشغيل عالي الجودة-يحتوي على مكونات قوية وتحكم محكم في التموج (على سبيل المثال،<3%) is non-negotiable for long-lasting city street lights.

الاعتداء المتواصل على البيئة الخارجية

يمكن القول إن مصابيح إنارة الشوارع هي من بين الأجهزة الكهربائية الأكثر إساءة في بنيتنا التحتية، حيث تواجه وابلًا لا هوادة فيه من الضغوط البيئية.

● ركوب الدراجات في درجات الحرارة القصوى: يجب أن يتحمل ضوء الشارع المحلي تقلب المواسم، من ليالي الشتاء المتجمدة إلى أيام الصيف الحارقة. تتسبب هذه الدورات في التمدد والانكماش المستمر لجميع المواد-الهيكل المعدني، والعدسة البلاستيكية، والمكونات الداخلية نفسها. يمكن أن يؤدي هذا التعب الميكانيكي إلى حدوث شقوق صغيرة- في السيليكون المغلف لمصابيح LED، أو وصلات اللحام التي تربط الشريحة، أو حتى الركيزة. تعمل هذه الشقوق- الدقيقة على تعطيل كل من المسار الكهربائي ومسار التوصيل الحراري، مما يؤدي إلى ظهور نقاط ساخنة موضعية وفقدان الضوء.

●الرطوبة والتآكل: الرطوبة والأمطار الغزيرة وفي المناطق الساحلية رذاذ الملح لا هوادة فيها. إذا كان تصنيف حماية دخول التركيبة (IP) غير كافٍ (أقل من IP65)، فسوف تتغلغل الرطوبة في النهاية. بمجرد دخوله، يؤدي إلى تآكل نقاط الاتصال المعدنية الموجودة على الشريحة، وأكسدة المشتت الحراري، وإتلاف دوائر السائق. يؤدي تآكل المشتت الحراري إلى زيادة المقاومة الحرارية، بينما يؤدي تآكل نقاط الاتصال الكهربائية إلى زيادة المقاومة، مما يؤدي إلى توليد المزيد من الحرارة-وهي حلقة مفرغة تؤدي إلى انخفاض الأداء بشكل كبير.

● الأشعة فوق البنفسجية والملوثات: قد يؤدي التعرض لفترات طويلة لأشعة الشمس فوق البنفسجية إلى تحول العدسة الأساسية لمصابيح LED والعدسة البصرية الثانوية للتركيب (المصنوعة غالبًا من البولي كربونات أو الأكريليك) إلى اللون الأصفر وتصبح هشة. هذا التأثير "البني" يقلل بشكل كبير من نفاذية الضوء، مما يجعل ضوء الشارع يبدو خافتًا حتى لو كانت الشريحة نفسها لا تزال تنتج الضوء. بالإضافة إلى ذلك، فإن تراكم الغبار والأوساخ والمواد العضوية مثل فضلات الطيور على العدسة يعمل بمثابة مرشح غير مرغوب فيه، مما يمنع إخراج الضوء، ومن خلال عزل التركيب، يعيق تبديد الحرارة.

عيوب المصنع: عيوب التصنيع والتجميع

لا يبدأ كل انخفاض قيمة اللومن في الميدان؛ يتم زرع بعض البذور أثناء التصنيع. تعتبر عملية طلاء شريحة LED الزرقاء بطبقة من الفوسفور لإنتاج الضوء الأبيض عملية دقيقة. يمكن أن يؤدي الاستخدام غير المتساوي للفوسفور إلى درجة حرارة لون غير متناسقة، والأهم من ذلك، ارتفاع درجة الحرارة الموضعية في المناطق ذات التغطية الرقيقة، مما يؤدي إلى تسريع عملية الاضمحلال في تلك البقع. إن استخدام السيليكونات المغلفة- ذات الدرجة المنخفضة أو راتنجات الإيبوكسي المعرضة للاصفرار السريع تحت الأشعة فوق البنفسجية والحرارة سيؤدي أيضًا إلى فقدان الضوء مبكرًا.

التجميع الخاطئ، مثل اللحام السيئ الذي يخلق "وصلات باردة" بين الشريحة والركيزة، يقدم مقاومة كهربائية عالية. تصبح هذه الاتصالات السيئة نقاطًا ساخنة تؤدي إلى تدهور بنية الشريحة محليًا. وبالمثل، فإن استخدام مواد دون المستوى المطلوب للأقواس أو إطارات الرصاص التي تتآكل أو تتشوه تحت الضغط الحراري يمكن أن يؤدي إلى إجهاد الشريحة ميكانيكيًا، مما يؤدي إلى فشلها.

الأخطاء التشغيلية والصيانة المهملة

وأخيرًا، تلعب كيفية تشغيل وصيانة مصابيح الشوارع دورًا مهمًا. على الرغم من أن مصابيح LED قوية بوجه عام، إلا أن تشغيلها وإيقاف تشغيلها بشكل متكرر-قد يكون ضارًا. كل زيادة في الطاقة-يمكن أن تؤدي إلى زيادة تيار صغيرة، وعلى مدار آلاف الدورات، يمكن أن يؤدي هذا الضغط الكهربائي إلى إتلاف أشباه الموصلات. يعد هذا أحد الاعتبارات الخاصة بمصابيح الشوارع الذكية ذات التعتيم التكيفي أو أنظمة مصابيح الشوارع LED التي تستشعر الحركة-؛ يجب تصميم خوارزميات التحكم الخاصة بهم لتقليل سلوك التشغيل / الإيقاف الدوري حقًا لصالح التعتيم السلس.

ولعل العامل الأكثر وضوحا هو الإهمال البسيط. كما ذكرنا سابقًا، يؤدي تراكم الأوساخ على الجهاز إلى تقليل خرج الضوء بشكل مباشر. علاوة على ذلك، فإن الفشل في مراقبة وتصحيح التقلبات الكبيرة في الجهد الكهربي في شبكة الطاقة المحلية، وهو أمر شائع في المناطق القديمة أو النائية، يمكن أن يدفع كل من السائق ومصباح LED إلى ما هو أبعد من نوافذ التشغيل المصممة، مما يسرع من انخفاضهما.

الاستنتاج والمسار إلى الأمام

إذن، ما هي أسباب انخفاض قيمة شمعة إنارة الشوارع؟ وكما اكتشفنا، نادراً ما يكون الأمر عاملاً واحداً بل سيمفونية من القضايا المترابطة: الفيزياء الأساسية لشيخوخة الرقائق، والتي تفاقمت بسبب سوء الإدارة الحرارية، والطاقة غير المستقرة، والهجمات البيئية الوحشية، وعيوب التصنيع المحتملة، والتآكل التشغيلي. بالنسبة لمصابيح الشوارع LED بقدرة 50 وات في شارع هادئ أو تركيبات عالية-في مركز النقل، تكون المبادئ عالمية.

إن الطريق إلى إضاءة شوارع-طويلة الأمد وأكثر موثوقية ومرضية يكمن في معالجة هذه الأسباب بشكل شامل. يتضمن ذلك اختيار التركيبات التي تم تصميمها بمصابيح LED عالية الجودة-من شركات مصنعة ذات سمعة طيبة، ومصممة باستخدام مشتتات حرارية كبيرة الحجم ومصممة بكفاءة ومسارات حرارية قوية. فهو يتطلب سائقين ذوي كفاءة عالية، وتموج منخفض، ومكونات مصنفة لدرجات الحرارة المرتفعة. يجب أن تتمتع الوحدة بتصنيف IP عالي (IP65/IP66) لمقاومة الطقس واستخدام مواد بصرية ثابتة للأشعة فوق البنفسجية -. وأخيرًا، يمكن لنظام بسيط من التنظيف الدوري وفحوصات النظام الكهربائي أن يحافظ على مخرجات اللومن لسنوات.

من خلال فهم هذه الأسباب العلمية والعملية وراء عملية التعتيم، يمكن للمسؤولين عن البنية التحتية للإضاءة الخارجية اتخاذ قرارات مستنيرة، والانتقال إلى ما هو أبعد من التكلفة الأولية للنظر في التكلفة الإجمالية للملكية والأداء على المدى الطويل-، مما يضمن بقاء شوارعنا مضاءة بأمان وكفاءة لسنوات قادمة.

 

 

لمزيد من الاستفسارات، يرجى زيارة موقعنا على الانترنتwww.nszlamp.com

البريد الإلكتروني لsales@nszlamp.com

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

ما هو التطبيق:+86 199 0658 5812 / +86 190 4568 8355