LED-valgustuse tulek on toonud traditsiooniliste valgusallikatega võrreldes hulga eeliseid, vähendades energiatarbimist ja hoolduskulusid paljudes valdkondades ja kasutusalades.
Energiasäästu on praktikas lihtne näha ja eri valgustuslahendusi saab võrrelda lihtsalt nende võimsuse järgi.
Hoolduskulude säästu peetakse aga sageli iseenesestmõistetavaks. Me ju teame, et LED-id võivad kesta terve eluea, mida siin veel teada on? Kas turul pakutavate lahenduste vahel on erinevusi? Ja kui on, siis kuidas lahendusi kõige paremini võrrelda, et olelusringi kulud oleksid võimalikult väikesed?
Need küsimused on eriti olulised seal, kus hoolduskulud on suured, näiteks Londoni metroo võrgus, kus ühe lambi vahetamine eskalaatori kohal võib teadaolevalt maksta üle 1 000 £[1]. Sellistel juhtudel tasub ilmselgelt rikete vältimiseks näha märkimisväärset vaeva. Tänavavalgustus, maanteed ja parklad on teised näited, kus LED-ide hooldusalased eelised pakuvad tõenäoliselt rohkem huvi kui energiasääst, mille poolest need ehk kõige paremini tuntud on.
Nendele küsimustele vastamiseks vaatame kõigepealt rikete peamisi liike, mida kokkuvõtlikult kirjeldab vannikõver.
Vannikõver
Vannikõver näitab graafiliselt süsteemi rikkemäära kogu tema eluea jooksul. Sellel on kolm selgelt eristuvat rikete faasi, mida saab sageli selgitada süsteemiga seotud füüsikaliste nähtustega. Statistiliselt on kõver mitme Weibulli jaotuse summa ja selle üldkuju kirjeldab rikkemäära muutumist ajas väga paljude asjade puhul, alates elektriskeemidest ja mehaanilistest süsteemidest (näiteks autodest) kuni bioloogiliste süsteemide ja isegi inimesteni. Kõvera kuju meenutab vanni profiili: süsteemi rikke tõenäosus on alguses suhteliselt suur, väheneb seejärel platoole ja hakkab eluea lõpu poole taas kasvama.
Varajased rikked
Esimeses faasis on rikkemäär alguses suur, kuid väheneb, ning see puudutab varaseid rikkeid ehk algusperioodi rikkeid. Need on sageli seotud süsteemi sisemiste vigadega, mille tõttu süsteem läheb rikki oma eeldatava eluea alguses. Varajast riket võivad põhjustada paljud tegurid, alates geneetikast bioloogilistes süsteemides kuni vigaste komponentide või tootmisvigadeni inimese loodud toodetes. Üldiselt võib öelda, et kui see varajaste rikete faas on möödas, võib süsteemi suhtes olla kindlam. Kohe pärast valmistamist tehakse sageli tehasekatsetusi, et leida üles varajase rikkega seadmed ja eemaldada need tarneahelast, nii et need kliendini üldse ei jõuaks.
Juhuslikud rikked
Süsteemi eluea teine faas on tavapärane kasutusaeg. Rikkemäär jõuab platoole ja seadme rikke tõenäosus ei sõltu enam ajast. See on süsteemi eluea kõige stabiilsem osa ning sel ajal kehtiv rikkemäär määrab toote „töökindluse“. Töökindlus on statistiline mõiste, mis näitab juhusliku rikke tõenäosust (st rikke, mis ei sõltu ühestki muust tegurist, näiteks elueast). See näitaja ei ole seotud elueaga ja seetõttu tuleb seda mis tahes toote hindamisel käsitleda eraldi. Töökindlus näitab meile, kui sageli tuleb tavapärase kasutusaja jooksul seadmeid vahetada. Seda tüüpi rikked on vältimatud ja nendega tuleb arvestada igas olelusringi kulude mudelis. Sellest hoolimata jäetakse need sageli tähelepanuta ja rikete tekkimine tuleb üllatusena. Töökindlust mõõdetakse rikkemäära abil, mis näitab, mitu juhuslikku riket on oodata miljoni seadme töötunni kohta. Kuna töökindlus puudutab juhuslikke rikkeid, kehtib rikkemäär seni, kuni süsteem on tavapärases kasutusfaasis, olenemata sellest, kas soovime teada tõenäolist rikete arvu 100 tootel, mis töötavad 10 000 tundi, või 10 000 tootel, mis töötavad 100 tundi. Töökindlustehnika on omaette distsipliin, mis hõlmab keerukaid arvutusi ja mudeleid süsteemi töökindluse määramiseks, tuginedes sellistele väljakujunenud süsteemidele nagu MIL-HDBK-217F.
Eluea lõpu rikked
Süsteemi eluea viimane etapp on eluea lõpu faas. Siin hakkab rikkemäär kulumise tõttu kasvama ja seda nimetatakse sageli toote eeldatavaks elueaks või nimielueaks. Kulumist põhjustavad sageli süsteemi teatud osad, mis oma olemuse või asukoha tõttu kipuvad kuluma; paljudel komponentidel aga kulumist üldse ei esine. Elektroonikas tuleb eluea lõpu seisukohast arvestada mitme põhikomponendiga, millest üks on elektrolüütkondensaator. Nendel komponentidel on nimieluiga ja aja jooksul need kuluvad. Mehaanikas on lihtne näide hammasratta hambad, mis süsteemi kasutamisel kuluvad ja jõuavad lõpuks punkti, kus need enam korralikult ei toimi.
Süsteemi eeldatav eluiga arvutatakse sageli süsteemis olevate kuluvate komponentide tootja juhiste põhjal või kiirendatud elueakatsete abil. Sellistes katsetes pannakse süsteem äärmuslikesse tingimustesse ja seejärel arvutatakse matemaatilise seose abil äärmuslikes tingimustes täheldatud eluea põhjal eeldatav eluiga tavatingimustes.
Kuidas seda kulumudelis arvestada
Valgustuses ja juhtudel, kus vahetuskulud on keskmised kuni suured, on tavaliselt mõistlik teha tavapärase kasutusaja jooksul reageerivat hooldust (st vahetada juhuslikult rikki läinud seadmeid) ning teha toote „eeldatava eluea“ lõpu lähedal hulgiuuendus, sest selleks ajaks muutuvad üksikvahetused juba ohjamatuks.
Toote või paigaldise olelusringi kogukulu koosneb tavaliselt järgmistest osadest:
- Seadme soetusmaksumus
- Paigalduskulud
- Aastased energiakulud * eluiga
- Aastased CRC-kulud (süsinikuheite vähendamise kohustus) * eluiga
- Reageeriva hoolduse kulu
- Puhastuskulud
- Katsetuskulud
- Utiliseerimiskulud
Seejärel jagatakse see kogukulu seadme elueaga, et saada aastane kulu, mis on eri valgustuslahenduste võrdlemiseks ühtne võrdlusalus.
Mida see valgustuses tähendab
Eelnevast on näha, et tõhus viis paigaldise aastaste kulude vähendamiseks on pikendada toote eluiga. Nii jaotuvad püsikulud suurema arvu kasutusaastate peale. Nagu eespool rõhutatud, määravad seadme eluea kuluvad komponendid, mis traditsiooniliste LED-draiverite puhul on sageli elektrolüütkondensaator. Süsteemi eluiga saab oluliselt pikendada lahendustega, mis neid komponente üldse ei kasuta; selles vallas on edusamme teinud mitu valgustitootjat, näiteks INDO oma Direct Drive® tehnoloogiaga.
Suure töökindlusega toodete reageeriva hoolduse kulu on väiksem kui väikese töökindlusega toodetel. Töökindluse määrab rikkemäär ja on oluline mõista, et see ei ole elueaga seotud.
Järeldused
Valgustuspaigaldise tegelike olelusringi kulude mõistmiseks tuleb arvestada nii eluiga kui ka töökindlust. Ainult selle teabe põhjal saab kahte lahendust tõeliselt võrdsetel alustel võrrelda ja selgitada välja, mil määral kehtib põhimõte „paigalda ja unusta“.
[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. juuni 2015
