LED-belysningens fremkomst har bragt en række fordele sammenlignet med traditionelle lyskilder og reducerer energiforbrug og vedligeholdelsesomkostninger på tværs af mange brancher og anvendelser.
Energibesparelser er nemme at observere i praksis og kan sammenlignes på tværs af belysningsløsninger ved blot at sammenligne effekt eller wattforbrug.
Besparelser på vedligeholdelse bliver til gengæld ofte taget for givet. Vi ved selvfølgelig, at LED’er kan holde i mange år, så hvad er der ellers at vide? Er der forskelle mellem markedets produkter? Og i så fald, hvad er den bedste måde at sammenligne løsninger på for at minimere de samlede levetidsomkostninger?
Disse spørgsmål bliver særligt vigtige, hvor vedligeholdelsesomkostningerne er betydelige, som for eksempel på London Undergrounds netværk, hvor det er blevet rapporteret, at en enkelt lampeudskiftning over en rulletrappe kan koste over £1.000[1]. I disse tilfælde er det tydeligvis værd at gøre en betydelig indsats for at undgå fejl. Vejbelysning, motorveje og parkeringsanlæg er andre eksempler, hvor LED’ers vedligeholdelsesfordele sandsynligvis er mere interessante end de energibesparelser, som de måske er bedst kendt for.
For at besvare disse spørgsmål bør vi først se på de overordnede kategorier af fejl, som opsummeres af badekarskurven.
Badekarskurven
Badekarskurven er en grafisk fremstilling af et systems fejlrate over dets levetid. Den viser tre tydelige faser af fejl, som ofte kan forklares ud fra fysiske fænomener relateret til det pågældende system. Statistisk set er kurven en sum af forskellige Weibull-fordelinger, og den generelle form opsummerer fejlraten over tid for mange ting, fra elektriske kredsløb og mekaniske systemer (såsom biler) til biologiske systemer og selv mennesker. Kurvens facon minder om profilen af et badekar og viser, at sandsynligheden for, at et system fejler, er relativt høj i starten, herefter aftager til et plateau og til sidst stiger igen mod slutningen af levetiden.
Indkøringsfejl
Den første fase har en indledningsvis høj, men aftagende fejlrate og omhandler tidlige fejl, også kaldet indkøringsfejl. Disse relaterer sig ofte til iboende problemer eller fejl i systemet, som gør, at det svigter i de tidlige faser af systemets forventede levetid. Der er mange faktorer, der kan forårsage tidlig fejl, lige fra genetik i et biologisk system til defekte komponenter eller produktionsfejl i menneskeskabte produkter. Generelt kan man have større tillid til systemet, når denne indkøringsfase er overstået. Fabrikstest udføres ofte umiddelbart efter produktion for at identificere enheder, der udviser tidlig fejl, og fjerne disse fra forsyningskæden, så de slet ikke når frem til kunden.
Tilfældige fejl
Systemets anden fase er den normale driftsfase. Fejlraten når et plateau, og sandsynligheden for, at en enhed fejler, er nu uafhængig af tiden. Dette er den mest stabile del af systemets levetid, og fejlraten på dette tidspunkt definerer produktets “pålidelighed”. Pålidelighed er et statistisk begreb, der relaterer sig til sandsynligheden for, at en tilfældig fejl opstår (dvs. en fejl, der er uafhængig af alle andre faktorer, såsom levetid). Det er et mål, der ikke har noget med levetid at gøre, og bør derfor vurderes separat, når man evaluerer et hvilket som helst produkt. Det, pålideligheden fortæller os, er hyppigheden af udskiftninger, man bør forvente inden for den normale driftsfase. Denne type fejl er uundgåelig og bør indregnes i enhver levetidsomkostningsmodel. På trods af dette bliver de ofte overset, så det kommer som en overraskelse, når fejl rent faktisk opstår. Pålideligheden måles ved fejlraten og angiver, hvor mange tilfældige fejl man bør forvente pr. million timers drift af enheden. Da pålidelighed handler om tilfældige fejl, gælder fejlraten, så længe systemet er inden for sin normale driftsfase, uanset om vi ønsker at forstå det sandsynlige antal fejl blandt 100 produkter, der kører i 10.000 timer, eller 10.000 produkter, der kører i 100 timer. Pålidelighedsteknik er en disciplin i sig selv og omfatter et komplekst sæt af beregninger og modeller til at fastlægge et systems pålidelighed, baseret på etablerede systemer såsom MIL-HDBK-217F.
Slutlevetidsfejl
Systemets sidste fase er slutlevetidsfasen. Det er her, fejlraten begynder at stige på grund af slitageeffekter, og fasen kaldes ofte produktets forventede levetid eller nominelle levetid. Slitageeffekterne opstår ofte fra specifikke dele af systemet, som på grund af deres natur eller placering er tilbøjelige til at slides; mange komponenter udviser dog slet ingen slitageeffekter. Inden for elektronik er der flere centrale komponenter at tage hensyn til med hensyn til slutlevetidseffekter: en af dem er elektrolytkondensatoren. Disse komponenter har en nominel levetid og vil med tiden slides op. I mekanik er et nemt eksempel at forestille sig tænderne på et tandhjul, som slides ned, efterhånden som systemet bruges, og til sidst når et punkt, hvor de ikke længere fungerer korrekt.
Et systems forventede levetid beregnes ofte ud fra producentens vejledning for de pågældende sliddele i systemet, eller den kan beregnes ved hjælp af accelereret levetidstest. I sådanne test udsættes systemet for ekstreme forhold, hvorefter en matematisk sammenhæng bruges til at beregne den forventede levetid under normale forhold ud fra den observerede levetid under ekstreme forhold.
Sådan indregnes dette i en omkostningsmodel
For belysning, og i tilfælde hvor udskiftningsomkostningerne er middel til høje, giver det normalt mening at udføre reaktiv vedligeholdelse (dvs. udskiftning ved tilfældige fejl) inden for den normale driftsfase og gennemføre samlede opgraderinger tæt på produktets “forventede levetid”, hvorefter de enkeltvise udskiftninger begynder at blive uoverskuelige.
De samlede levetidsomkostninger for et produkt eller en installation består typisk af følgende elementer:
- Anskaffelsespris pr. enhed
- Installationsomkostning ved opstart
- Årlige energiomkostninger * levetid
- Årlige CRC-omkostninger * levetid
- Reaktiv vedligeholdelse
- Rengøringsomkostninger
- Testomkostninger
- Bortskaffelsesomkostninger
Denne samlede omkostning skal derefter divideres med enhedens levetid for at fastlægge en årlig omkostning, som kan sammenlignes direkte mellem forskellige belysningsløsninger.
Betydning for belysning
Af ovenstående fremgår det, at en effektiv måde at minimere en installations årlige omkostninger på er at øge produktets levetid. På den måde fordeles de faste omkostninger over flere års drift. Som nævnt tidligere defineres enhedens levetid af de sliddele, som i tilfældet med traditionelle LED-drivere ofte er elektrolytkondensatoren. Systemets levetid kan forbedres markant med designs, der helt undgår disse komponenter; flere belysningsproducenter gør fremskridt på dette område, såsom INDOs Direct Drive®-teknologi.
Produkter med høj pålidelighed vil have et lavere behov for reaktiv vedligeholdelse end produkter med lav pålidelighed. Pålideligheden defineres af fejlraten, og det er vigtigt at forstå, at dette ikke har nogen sammenhæng med levetid.
Konklusion
Det er afgørende at tage højde for både levetid og pålidelighed for at forstå de reelle levetidsomkostninger for en belysningsinstallation. Kun når man er udstyret med denne viden, kan man reelt sammenligne to løsninger på lige vilkår og dermed afgøre, i hvilket omfang “fit and forget“-filosofien holder stik.
[1] “The one factor driving the adoption of LED lighting on the Tube”, http://luxreview.com/article/2015/06/the-one-factor-driving-the-adoption-of-led-lighting-on-the-tube, 26. juni 2015
