10-летие первой светодиодной инсталляции в России.

Сколько все-таки «живут» светодиоды? Или, если сформулировать вопрос ближе к практике – какой реальный срок службы светодиодного светильника? При определении срока службы, за отсутствием официально утвержденной в стране единой методики, производители опираются на данные о сроке службы основных компонентов – светодиодных модулей и блоков питания.

Потребителей волнует, сколько времени светодиодный светильник проработает без заметной деградации. Это вопрос окупаемости инвестиций – в большинстве случаев светодиодные осветительные установки внедряются методом замены ламповых. Экономическое обоснование этих проектов базируется на расчете срока окупаемости вложений на закупку светодиодного оборудования. За счет более высокой эффективности светодиодных светильников по сравнению с ламповыми снижаются расходы на электроэнергию и эксплуатацию.

Но экономическое обоснование перестает работать, если светодиодный светильник выходит из строя. Это рушит расчеты окупаемости, создает потребителю неожиданные дополнительные расходы и дискредитирует светодиодную отрасль, снижая к ней доверие в целом.

На первых этапах светодиодной революции в России, в 2005-2008 гг., первым производителям светодиодных светильников приходилось убеждать клиентов опробовать перспективную технологию. Разница в стоимости светодиодных и традиционных светильников была заметна, и поэтому высокий срок службы становился ключевым экономическим аргументом в работе с клиентами. И, к счастью для производителей, тому было весомое подтверждение: данные о сроках службы светодиодов приводятся производителями светодиодов в datasheet – сводках технических параметров. 50 000, 70 000, 100 000 часов – такие цифры усилиями первых светодиодных маркетологов прочно «прописались» в головах клиентов. Проблема была в том, что светодиодные светильники выходили из строя либо деградировали значительно раньше.

Срок службы светодиода – нелинейное понятие, зависящее от многих переменных (температура на кристалле, рабочий ток, химический состав окружающей среды). Заявленные в лабораторных условиях параметры сроков службы не обеспечивались первыми производителями на практике из-за отсутствия опыта и устойчивой технологии стабилизации параметров в нужных пределах. Это привело к частым случаям преждевременного выхода из строя либо деградации светодиодных светильников.

Второй проблемой был расчетный характер сроков службы светодиодов. Технология развивалась, новые поколения светодиодов ежегодно сменяли друг друга. Каждое новое поколение светодиодов имело всё более длительные сроки службы. Конечно, никто не успевал тестировать срок службы на практике по несколько лет до внедрения. А расчетные инженерные методы оценки сроков службы светодиодов в то время были ещё недостаточно совершенны. Производители светильников в своей продукции вовсю применяют светодиоды. Только в России количество таких компаний за 10 лет возросло от 15 до 2 000 (!). На данном этапе развития рынка кто даст гарантию, что каждая из них обеспечивает необходимые электрические, температурные и химические условия режима работы светодиодов? Чтобы в реальных условиях они показывали тот же характер срока службы, что и определенный расчетным путем производителем светодиодов. Особенно, если учесть, что конкуренция подстегивает производителей искать пути удешевления решений, чтобы выжить прямо сейчас. А срок существования компаний не превышал (у большинства и сейчас не превышает) заявленный срок службы их товара!

Учитывая сказанное выше, критерием для принятия решения о доверии и выборе того или иного производителя должна стать практика. Практика применения, статистика выходов из строя, реальная наработка на отказ, оценка работы изделий на протяжении длительного времени – вот единственный по-настоящему надежный критерий, способный подтвердить или опровергнуть теоретические выкладки и заявления маркетологов.

Отрасль все еще молода и пока что недостаточно серьезных исследований, основанных на многолетнем наблюдении за поведением осветительных установок в реальных условиях.

Случаев, когда светодиодные светильники выходят из строя либо деградируют в течение первых лет работы, сколько угодно. Случаев, когда решение принимается заказчиком на основании тестирования образцов в течение месяца/полугода/года,– сколько угодно. А без тестирований и на основании рекламных проспектов – в разы больше.

А вот примеров многолетней работы светодиодных осветительных установок, достоверно описанных и хорошо исследованных, до сих пор единицы. И это притом, что такие примеры – самый надежный аргумент, позволяющий оценить и качество решения, и степень доверия к производителю.

Один из таких примеров в России – это первая светодиодная осветительная установка в подземном пешеходном переходе, реализованная в далеком уже 2007 году и работающая по сей день в неизменном виде. Это 25 светильников ДВУ25, установленных в Москве в пешеходном переходе через проспект Мира у станции метро Рижская. Производитель светильников-рекордсменов – научно-техническое объединение GALAD, а проект реализован совместно со специалистами отдела светотехники компании «ПРОСОФТ» (торговая марка X-Light) и компании «Светосервис».

Рис 1. Внешний вид светильника GALAD ДВУ25-24х1,2-002

Рис 2. Подземный переход на станции метро Рижская после модернизации.

Проект с ДВУ25 в переходе на Рижской стоит особняком: сегодня любой человек может пересечь под землей проспект Мира в районе метро Рижская и наблюдать светильники-пионеры, непрерывно (!) работающие уже более 10 лет.

Как это было?

В 2007 году первые компании-пионеры шли по непроторенной дорожке. Технологически светодиоды уже позволяли создавать энергоэффективные осветительные установки (световая отдача светодиодов CREE в 2007 году уже превышала 50-60 лм/Вт), но не было ни опыта их применения, ни устоявшихся технологий создания специализированных источников питания и самих светодиодных светильников. Все приходилось осваивать на ходу методом проб и ошибок. Инсталляция ДВУ25 на Рижской – не только наглядный пример успешной кооперации разных на тот момент отраслей науки и производства, но и история создания светильников, когда обучение происходило очень быстро и с хорошим результатом.

Для этого были все предпосылки. Заводы корпорации «БЛ ГРУПП» (выпускают продукцию под торговой маркой GALAD) на тот момент выпускали более 1 000 000 традиционных светильников в год, имели совокупный опыт работы в светотехнике почти 100 лет. Светотехническая школа в Корпорации выпускала сменяющие друг друга поколения светотехников, и многие из этих кадров, уходя, переносили этот опыт, основывая новые светотехнические компании. А молодая компания X-Light, входившая в группу Прософт, включала в себя опытных электронщиков, вдохновленных светодиодной тематикой и решивших посвятить дальнейшую карьеру этому перспективному направлению, в котором их навыки построения электронных схем должны были найти применение. У истоков X-Light стояли основатели, Геннадий и Владислав Тереховы, по интересному повороту судьбы работающие сегодня в корпорации «БЛ ГРУПП».

Почему для кооперации в данном проекте БЛ ГРУПП обратился именно в Прософт? Компания обладала огромным светотехническим опытом, имела впечатляющую производственную базу, но не имела собственных специалистов в микроэлектронике. В то же время Прософт в 2006 году стал первым официальным дистрибьютором в России компании CREE: имел прямые официальные контакты с инженерами по применению производителя светодиодов, а специалисты-электронщики X-Light уже имели опыт по сборке светодиодных систем для отдельных небольших проектов.

Но нужен был другой размах, поэтому проект инсталляции системы освещения для городского заказчика, а тем более в Москве, был способом выйти на принципиально иной уровень. Поводом стал день города Москвы, традиционно отмечающийся в сентябре.

Профессиональные интересы опробовать новую технологию сошлись у Моссвета – организации, развивающей и эксплуатирующей систему городского освещения в Москве, – и у корпорации «БЛ ГРУПП». Личное участие в данном проекте принимала директор торговой компании Корпорации Елена Владимировна Лирина.

В качестве места для пилотного проекта был определен подземный переход в районе станции метро Рижская. Этот переход имеет очень удачную структуру: там пересекаются пути, где можно наглядно посмотреть разные типы освещения. В частности, сравнить в одинаковых условиях вновь устанавливаемые светодиодные светильники с натриевыми.

Процесс разработки длился около 2 месяцев. Задачей было преобразование лампового светильника GALAD ЖВУ25 в светодиодный, с сохранением мощности и без падения эффективности.

Начальник департамента новой техники БЛ ГРУПП Леонид Горев передал чертежи и «живой» корпус лампового светильника. «Моей первой реакцией на этот светильник было: какой же он огромный» – рассказывает Геннадий Терехов, руководивший в то время группой разработчиков в отделе светотехники X-Light. Как бы странно сегодня это ни звучало, но самой первой проблемой стало производство алюминиевой печатной платы таких больших размеров. До светодиодных систем общего освещения алюминиевые печатные платы почти нигде не применялись и стоили очень дорого. Но и другие материалы печатных плат, кроме алюминия, не подходили, поскольку не справлялись с задачей эффективного отвода тепла и обеспечения работы светодиодов в номинальном режиме. Поэтому технологию производства алюминиевых печатных плат пришлось просто-напросто изобрести и освоить.

Огромная заслуга в отработке технологического процесса установки светодиодов на алюминиевую печатную плату принадлежит Валерию Кирееву – начальнику производственного участка компании «FASTWEL», входившего тогда в группу Прософт. Для создания прототипа первого светодиодного образца ДВУ25 было применено временное решение: использовать уже имеющиеся образцы малогабаритных LED модулей с тремя светодиодами CREE «на борту», соединённые между собой обычными монтажными проводами. Эта «мозаика» была собрана для проведения тестовых испытаний. Для серийных образцов уже использовались полноценные алюминиевые печатные платы в полный размер светильника. Тогда же впервые задумались и о дизайне. Стандартный цвет производимых в то время печатных плат был зеленым! Разработчики настояли на белом цвете защитной маски для осуществления в светильнике лучшего внутреннего светового переотражения и эстетической визуальной гармонии.

Следующим вопросом стал выбор светодиодов для проекта. Прогресс в 2007 году шел семимильными шагами. Планировавшиеся изначально светодиоды CREE серии XL7090 со световой отдачей 60 лм/Вт уже в ходе разработки удалось заместить следующим поколением – XR-E со световой отдачей более 80 лм/Вт. Благо, посадочные места у этих типов светодиодов были идентичны.

Рис 3 – первые поколения светодиодов CREE X-Lamp для общего освещения серии XL7090 и XR7090.

Неожиданной проблемой, которую удалось устранить, уточнив технологию, стал так называемый «попкорн-эффект». При поверхностном монтаже светодиодов на плату первичная оптика с них отлетала во все стороны с характерным звуком – отсюда название эффекта, в шутку данное технологами. «Как так? Мы начали разбираться» – вспоминает Геннадий Терехов, – «каждый светодиод стоил кучу денег, такие потери, почему? Оказалось, что светодиоды содержали очень небольшое количество влаги, накопившейся между первичной оптикой и кристаллом. Однако этого количества было достаточно, чтобы при нагревании в печи, образуя пар, оказывать давление и буквально отстреливать оптику, как попкорн». Влага в светодиодах, вероятнее всего, была обусловлена небольшими в то время заказами – настолько небольшими, что они не превышали объема стандартной вакуумизированной упаковки производителя светодиодов. При транспортировке ленты небольшой накопленной из атмосферы влаги могло хватить для «попкорн-эффекта». Так или иначе, но это заставило разработчиков ввести технологию предварительной сушки светодиодов в тигельной печи, что позволило справиться с «попкорн-эффектом».

Разработка схемы питания требовала серьёзной проработки. Активное участие в создании и отработке электронной части светильника принял Владимир Харитонов, работавший в X-Light инженером разработчиком. В результате, в светильнике была предусмотрена возможность внешнего управления ШИМ сигналом, осуществляющего диммирование светильников в зависимости от состояния различных датчиков – движения, освещенности. Системы управления освещением путем диммирования сегодня набирают популярность, но этот функционал был уже практически реализован в далёком 2007 году. К сожалению, этот функционал так и не был востребован заказчиком, ввиду «сложности» интегрирования электронных датчиков в стандартное щитовое оборудование.

При тестировании опытного образца, изготовленного на экспериментальном производстве, разработчики столкнулись с интереснейшим эффектом. За считанные дни цветность светодиодов «сползла» в область синего спектра, при этом, визуально значительно уменьшив общий световой поток светильника. «Какая-то дикая неконтролируемая деградация!» – вспоминает Геннадий Терехов, – «а причину нам удалось установить…по запаху». Оказалось, что смазочное вещество, использовавшееся на производстве, по своему химическому составу было несовместимо со светодиодами и приводило к деградации люминофора. Сегодня уже не секрет, что существуют требования по химическому составу среды, окружающей работающие светодиоды. Некоторые вещества способны вызывать временную деградацию параметров светодиодов, которая пропадает с исчезновением «раздражителя», а некоторые – постоянную. Таким образом, не имея этих знаний, можно угробить светодиодный светильник даже до того, как клиент открыл коробку. Не одна ли это из причин частых проблем с уровнем освещенности от светодиодных светильников и сроками их службы на российских дорогах?

На проектирование, отработку технологии и решение неожиданных проблем вроде «попкорн-эффекта» или химической деградации ушло 2 месяца. Наконец, образцы были готовы, испытаны, оттестированы и смонтированы на объекте. В шеф-монтаже принимали участие заказчик и лично специалисты-разработчики объединения GALAD и X-Light.

Рис 4. Монтаж светильника GALAD ДВУ25. Светильник устанавливает сотрудник X-Light Владислав Терехов, сегодня - директор по продвижению корпорации «БЛ ГРУПП».

Итак, все установлено, работает. Но не прошло и недели, как раздался звонок от заказчика – «приезжайте, один светильник вышел из строя». Страшный сон разработчика… что случилось, почему? К счастью, причину удалось установить простым способом, даже не открывая светильник. При небольшом постукивании по корпусу светильника он снова на мгновение включился и погас. Все стало понятно: электроника – наука о контактах… При монтаже питающий провод не был надёжно закреплен в клеммной колодке – сработал человеческий фактор.

Таким образом, первая неисправность, к счастью, почти шуточная, проявила себя на первой неделе эксплуатации . А следующую ждем вот уже 10 лет. 10 лет светодиодная осветительная установка работает непрерывно, 24 часа в сутки, совокупно уже 87 600 часов работы.

Дефицит доверия – сегодня основная проблема отрасли. Она порождена конкуренцией, алчностью и непрофессионализмом игроков, пришедших на растущий рынок за быстрой наживой, не имея ни знаний, ни опыта. Обманывая клиентов, такие игроки дискредитируют всю светотехническую отрасль, заставляя светодиодное сообщество вырабатывать защитные механизмы – ассоциация производителей светодиодов и систем на их основе (АПСС, Хартия «Честная позиция», и т.п.). Все это было бы не нужно, если бы все игроки рынка придерживались принципов реального ответственного и профессионального производства.

В корпорации «БЛ ГРУПП» сотни светодиодных проектов, работающих годами. Осенью 2017 года первому из них – светодиодной осветительной установке у метро Рижская – исполнилось уже 10 лет. Освещенность под ДВУ25, согласно измерениям в октябре 2017 года – 125 лк, что удовлетворяет нормативным требованиям и сегодня, после 10 лет непрерывной эксплуатации.

Подведем итог. Материалы и статьи, описывающие реальную практику эксплуатации светодиодных осветительных установок до сих пор редкость. Между тем, практика – самый надежный способ оценки качества светодиодных светильников в переходный период, когда критерии качества и способы контроля еще не до конца отработаны.

Проект со светильниками GALAD ДВУ25, работающими без перерыва и замечаний 10 лет, – один из первых и наиболее показательных. Мы рассчитываем, что подобных описанных кейсов будет становиться все больше и заказчикам будет намного проще ориентироваться при выборе осветительного оборудования.

Дмитрий Ходырев, начальник отдела технического продвижения корпорации «БЛ ГРУПП»