Предисловие
В этой, 3-ей части статьи, продолжаем тему увеличения срока службы светодиодных ламп; которые работают в разы меньше, чем обещают производители.
Здесь будут представлены три варианта доработки светодиодных ламп разной степени сложности и эффективности; но объединяет их то, что их мощность при этих доработках не снижается, в отличие от способов, описанных в первых двух частях статьи (ссылки на них будут далее).
Цель всех этих доработок - снизить температуру ламп, что, в соответствии с законом Вант-Хоффа, даёт экспоненциальное увеличение срока жизни ламп. Разумеется, при условии, что в них нет производственного брака или грубого нарушения предельно-допустимых характеристик входящих в лампы элементов (в первую очередь - светодиодов).
Первым описанным далее методов будет самый, пожалуй, креативный из всех трёх - способ с увеличением поверхности теплоотдачи лампы:
Способ продления срока жизни светодиодных ламп с помощью увеличения площади теплоотвода
Итак, для реализации этого способа нам нужно закрепить на светодиодной лампе дополнительный радиатор с целью охлаждения её корпуса.
Соответственно, нужно решить последовательно три задачи:
- найти материал для радиатора;
- сделать радиатор;
- закрепить радиатор на лампе.
В качестве материала для радиатора лучше всего подходит цокольная часть совсем "убитой" светодиодной лампы (уже не подлежащей ремонту).
Напомню, цокольная часть состоит из "стакана", в котором внутренняя стенка - алюминиевая, а внешняя - пластиковая. Вот как это может выглядеть:
В данном случае были произведено вскрытие лампы, у которой светодиодный драйвер выполнен в виде отдельной платы, расположенной в цокольной части лампы (фото взято из статьи "Светодиодные лампочки: как они устроены, почему выходят из строя, и как их можно отремонтировать"). В большинстве случаев сейчас светодиодный драйвер монтируется на одной плате со светодиодами.
Нам потребуется только металлическая часть "стакана" от совсем "убитой" лампы.
Следующая задача - отделить металлическую часть "стакана" от пластиковой. Может быть, для этого достаточно просто нагреть этот "стакан", и пластик стечёт с него, но я не пробовал.
Я по-старинке отковыривал пластик от металла с помощью плоскогубцев и отвёртки с острым тонким шлицом. Внимание! Эта операция - травмоопасна, т.к. соскользнувший со "стакана" инструмент может воткнуться в другую руку - в которой Вы держите "стакан". Рекомендуется надевать на эту руку прочную перчатку и держать руку так, чтобы соскользнувший инструмент не мог её повредить.
В конце этой операции получаем металлическую часть стакана:
Теперь размечаем "стакан" на 16 лепестков (это - оптимально) методом последовательного деления на два, а затем разрезаем стакан на лепестки, немного не доходя до края. Лепестки отгибаем, и вот какая получается конструкция:
Разрезать стакан на лепестки можно обычными бытовыми ножницами: алюминий здесь режется легко (он - мягкий и тонкий, 0.5 мм).
Лепестки слегка изгибаем под углом, имитируя пропеллер: это улучшит вентиляцию.
Внешний диаметр получившегося радиатора составил 85 мм - подойдёт для вставки почти в любой плафон, кроме самых тесных.
Далее намазываем внутреннюю сторону верхней цилиндрической части получившегося радиатора термостойким объёмным клеем (силиконовым) и приклеиваем к цокольной части лампы. Получается нечто фантастическое - гибрид лампочки с турбиной:
Силиконовый клей в данном случае выполняет двойную роль: и закрепляет радиатор на лампе, и является термоинтерфейсом между лампой и
дополнительным радиатором.
Теперь осталось провести испытания получившейся конструкции на эффективность охлаждения.
Тепловое фото светодиодной лампы в установившемся режиме до закрепления радиатора на лампе:
Максимальная температура корпуса составила 86 градусов.
Теперь - в установившемся режиме после приклеивания дополнительного радиатора:
Максимальная температура корпуса составила 73 градуса, т.е. упала на 13 градусов.
Много это или мало?
С точки зрения закона Вант-Хоффа, по которому скорость химических реакций увеличивается в 2-4 раза при увеличении температуры на каждые 10 градусов, 13 градусов - это много.
Полагая скорость деградации светодиодов в лампе подчиняющейся закону Вант-Хоффа, и приблизительно считая его экспоненциальным (e^x), получаем, что срок работы лампы увеличится в e^(13/10)=3.67 раза (где e=2.718).
Это - очень хороший результат; и ради него очень стоит "повозиться" с установкой дополнительного радиатора!
Теперь переходим к следующему методу - просверливанию отверстий в колбе лампы для улучшения её вентиляции и теплоотвода.
Способ продления срока жизни светодиодных ламп с помощью сверления отверстий в колбе
Теоретическая основа такого метода предельно проста: насверлив отверстий в колбе светодиодной лампы, создаём возможность циркуляции воздуха в самой горячей части лампы - вблизи светодиодов; что улучшит охлаждение лампы.
Сверление отверстий в куполе лампы - не совсем простая задача, так как в процессе работы есть вероятность повредить колбу сверлом. Снизить шансы на такую возможность можно, если сверлить не сразу крупные отверстия, а последовательно наращивая их диаметр. В данном случае отверстия рассверливались сверлами 2 - 3.5 - 8 мм; и, как "вишенка на торте", на макушке колбы было сделано отверстие 10 мм. В любом случае диаметр отверстий должен быть таким, чтобы даже ребёнок не смог просунуть в них палец: светодиоды находятся под сетевым напряжением и имеют неизолированные контактные площадки!
Отверстия диаметром 8 мм располагались тремя кольцеобразными рядами по 8 шт. в каждом ряду. Итого, в лампе сделано 24 отверстия диаметром 8 мм и одно отверстие - 10 мм.
Следует заметить, что лампу, доработанную таким образом, можно использовать только в вертикальном положении куполом вниз либо набок. Если лампу расположить куполом вверх, то внутри лампы пыль и мёртвые насекомые будут ложиться прямо на светодиоды, ухудшая теплоотвод даже по сравнению с вариантом совсем без доработки!
Теперь - сравниваем два тепловых снимка лампы. Первый - до сверления отверстий в куполе:
Теперь - тепловое фото этой же лампы после сверления отверстий в куполе:
Итого, температура корпуса лампы снизилась с 88.7 градусов до 84.1 градуса; округлённо можно считать, что всего лишь на 4.5 градусов. Маловато будет!
Повторные измерения для лампы с отверстиями показали аналогичные результаты.
Соответственно, на основе закона Вант-Хоффа получаем ожидаемое увеличение срока жизни лампы в e4.5/10=1.57 раз. Результат - мягко скажем, не выдающийся, и превращение лампы в вечную таким способом точно не получится. Разве что можно сказать, что такой результат - просто лучше, чем совсем никакой.
Теоретически, результат можно немного улучшить, если насверлить больше отверстий, или же сделать их крупнее. Некоторые умельцы предлагают сделать отверстия также и в цокольной части, но это уже - полный экстрим, так как в цокольной части располагаются проводники сетевого напряжения, а ещё может располагаться и схема светодиодного драйвера.
Кроме того, свет от такой лампы получается пятнистым, что не всегда может быть приемлемым:
На этом переходим к предельному развитию этого метода - не просто сверлим больше отверстий, а совсем снимаем купол!
Продление срока службы светодиодных с помощью полного снятия колбы (купола)
Сразу надо сказать, что такой способ продления срока службы светодиодных ламп представляет собой грубое нарушение правил электробезопасности. И не надо себя успокаивать, что Вы будете работать только с выключенной лампой: вполне возможно, что выключатель этой лампы выключает землю, а не фазу!
Так что будем считать рассмотрение этого метода как чисто теоретическое.
Эксперимент с измерением температуры светодиодов с куполом и без купола проводился одновременно с работами над лампой "Эра" номинальной мощностью 25 Вт, которая использовалась в первой части статьи для оценки эффективности метода с заменой токозадающего резистора.
Оценка эффективности проводилась так: сначала лампа прогревалась до наступления стабильного теплового режима, затем купол снимался и сразу же делался тепловой снимок светодиодов; потом лампа продолжала работать уже без купола снова до наступления стабильного теплового режима, и делался второй тепловой снимок.
Вот тепловой снимок сразу после снятия купола:
А следующее тепловое фото - когда установился тепловой режим лампы без купола:
Таким образом, без купола температура светодиодов снизилась на 11 градусов. Согласно закону Вант-Хоффа, можно ожидать увеличения срока службы светодиодной лампы в e^(11/10)=3 (ровно в три раза).
Это - хороший результат, и можно было бы рекомендовать этот метод к внедрению, если бы не проблема с электробезопасностью. Как мы знаем, даже незаряженное ружьё один раз в жизни стреляет, а здесь "ружьё" - очень даже заряженное!
Но данный результат представляет теоретическую ценность, так как показывает предел, к которому стремится предыдущий метод (с отверстиями в куполе); например, для случая, когда площадь отверстий превышает 50% поверхности купола. Правда, добиться этого, не повредив серьёзно ту часть купола, которая должна остаться целой, будет довольно сложно.
Пожалуй, на этом можно перейти к итогам и выводам.
Окончательный диагноз с техническими и экономическими выводами
Итак, из трёх рассмотренных методов увеличения срока службы светодиодных ламп без снижения их мощности (яркости) наиболее эффективным является метод с дополнительным радиатором. Он же - и наиболее безопасный в плане соблюдения требований электробезопасности.
Причиной успеха этого метода является то, что дополнительный радиатор значительно повышает площадь теплоотдачи, а его форма в высокой степени помогает передать тепло окружающему воздуху.
Два других метода - родственные. В принципе, с помощью метода с отверстиями тоже может добиться хорошего результата, но только при условии филигранной сверловки отверстий таким способом, чтобы между ними оставался крайне малый зазор. Тут требуется мастерство и терпение! Впрочем, метод с дополнительным радиатором тоже требует наличия "прямых рук".
Конечно, все приведённые расчеты увеличения срока службы светодиодных ламп - в значительной степени условные. Кроме температурных режимов, на срок жизни компонентов ламп может влиять недобросовестность производителей: светодиоды могут быть сделаны халтурно, с применением материалов "третьего сорта"; а также может быть и превышен их предельно-допустимый ток. Всё-таки надо помнить, что производители заинтересованы в максимальном снижении себестоимости продукции и её не очень высоком сроке службы.
Тем не менее, любой из рассмотренных методов - экономически эффективен, и притом избавляет от необходимости срочной замены сгоревшей лампочки в самый неудобный момент (а по-другому и не может быть согласно небезызвестным "Законам Мёрфи" и их расширениям на все случаи жизни).
И, наконец, применение этих методов позволит хотя бы ещё чуть-чуть снизить количество электронного мусора. Берегите Землю!
Предыдущие части статьи:
Как сделать вечную светодиодную лампочку (часть 1). Метод замены токозадающего резистора
Как сделать "вечную" светодиодную лампочку (часть 2). Метод превентивного ремонта
Дополнительно:
Статья на сайте Smartpuls.ru: Светодиодные лампочки: как они устроены, почему выходят из строя, и как их можно отремонтировать (главный способ и варианты)
Весь раздел сайта Smartpuls.ru "Свет и освещение"