Güneş Enerjisi Redresörünün Kullanım Ömrünü Tahmin Etmek için Güvenilirlik Modelleme ve Hızlandırılmış Kullanım Ömrü Testi Kullanımı

  1   Güneş Enerjisi Redresörünün Kullanım Ömrünü Tahmin Etmek  için  Güvenilirlik  Modelleme  ve  Hızlandırılmış Kullanım Ömrü Testi Kullanımı   Golnaz Sanaie, MASc, Schneider Electric Fred Schenkelberg, MSc, Ops A La Carte, LLC  Anahtar  Sözcükler:  Güvenilirlik  Modelleme,  Hızlandırılmış  Kullanım  Ömrü  Testi,  Kullanım  Ömrü, Güneş Enerjisi Redresörü  ÖZET ve SONUÇLAR Büyük  güneş  enerjisi  üretim  sistemlerinde  kullanılan  trifaze  redresörler,  fiziksel  olarak  geniş, karmaşık  ve  pahalı  öğelerdir.  Redresör,  fotovoltaik  (PV)  panellerin  ürettiği  DC  gücünü,  güç şebekesine eklemeye uygun olan AC gücüne dönüştürür.      Redresörün güvenilirlik testi karmaşık bir işlemdir ve güvenilirlik blok şemaları (RBD), tedarikçi ve saha verileri ve ürününü kritik unsurlarını temel alan hızlandırılmış kullanım ömrü testlerine dayanır.  Bu  tanıtım  yazısında  bir  RBD  geliştirilen,  saha  ve  tedarikçi  verilerinin  kullanıldığı  ve  iki  ALT'nin tasarımını  ve  kullanımını  içeren  bir  durum  çalışması  sergilenmiştir.  Sonuç,  redresörün  beklenen kullanım ömrü performansının mantıklı bir tahminini sağlayan, çalışan bir gövde veya model olmuştur. Buna  benzer  projeler  sürekli  devam  eden  çalışmalar  olduğundan,  model  için  kararlar  ve  girdilerin incelenmesi,  modelin  sürekli  gelişimi  için  faydalı  olmuş  ve  kullanım  ömrü  tahminlerine  olanak sağlamıştır.   Bu  proje,  örnek  boyutu,  test  süresi  ve  saha  verileri  gibi  birden  fazla  kısıtlaması  olan  mükemmel  bir gerçek yaşam güvenilirlik tahmini örneği sunar. Ürünün beklenen kullanım ömrünü tahmin etmek için saha  ve  tedarikçi  verilerinden  başlayarak  teorik  bileşen  güvenilirliği  hesaplamaları,  ALT  planının uygulanması,  hata  analizleri  ve  son  olarak  da  sonuçların  RBD  kullanılarak  özetlenmesine  kadar  tüm mevcut  kaynakları  temel  almak  gerekir.  Bu  tanıtım  yazısının  yazıldığı  anda  tamamlanmış  olan  ALT sistem  seviyesi  temel  alındığında,  %99,97  kullanılabilirlik  oranı,  ana  kurulum  üssü  olan  güney Ontario'nun  hava  şartları  dikkate  alındığında  10  yıl  boyunca  geçerli  olacaktır.  Bu  rakam,  ALT  alt sistemi tamamlandığında yeniden ele alınacaktır.  1 GİRİŞ  Yükselen  enerji  maliyeti  ve  alternatif  enerji  kaynakları  bulma  çalışmaları  ile  geçen  son  on  yıllık dönemde,  diğer  alternatif  enerji  teknolojilerinin  yanı  sıra  fotovoltaik  sektöründe  de  büyük  bir  gelişim görülmüştür.  Bu  alandaki  pazar  rekabeti,  sektörü  daha  yüksek  ürün  kalitesi  ve  daha  uzun  garanti süresi  sağlamaya  yönlendirmiştir.  Son  on  yılda  güneş  enerjisi  redresörlerinin  garanti  süresi  5'ten  10 yıla  ve  son  zamanlarda  20  yıla  yükselmiştir.  Ürün  geliştirme  döngüsü  sırasında,  garanti  maliyetini 

  2   optimum  hale  getirmek  için  ürün  kullanım  ömrünün  tahmin  edilmesi  oldukça  zorlayıcı  olmuştur.  Ek olarak,  büyük  bir  trifaze  Güneş  enerjisi  Redresör  sisteminde  hızlandırılmış  kullanım  ömrü  testi planlamak da oldukça karmaşık ve pahalı olabilir.  Bu  tanıtım  yazısında,  Schneider  Electric'in,  büyük  trifaze  güneş  enerjisi  redresörlerinde  garanti maliyetlerini  en  aza  indirmek  amacıyla  güneş  enerjisi  redresörünün  kullanım  ömrünü  tahmin  etmeye yönelik  olarak  güvenilirlik  modelleme  ve  hızlandırılmış  kullanım  ömrü  testini  temel  alan  yaklaşımı görüşülmüştür.  Kullanım  ömrü  ürün  kullanılabilirliği  temel  alınarak  ölçüldüğünden,  hedef,  10  yıllık  bir garanti  süresi  içinde  %99,5  veya  daha  yüksek  bir  kullanılabilirlik  elde  etmektir.  Bu  çalışma  dört aşamaya ayrılır: 1) Sistem için RBD'nin oluşturulması ve teorik Kullanılabilirliğin hesaplanması, 2) ALT gerçekleştirmek ve uygulamadaki çevre üzerinde uzun vadeli etkileri incelemek için optimum alt sistem blokları ve sistemler listesinin seçilmesi, 3) Alt sistemler ve sistem seviyesi için ALT'ler tasarlanması, 4)  10  yıl  sonraki  kullanılabilirliği  tahmin  etmek  için  ALT  test  sonuçlarını  temel  alarak  RBD'nin güncellenmesi.  Bu tanıtım yazısı, optimum ALT plan uygulaması ile birleştirilen teorik ve saha verileri ile büyük trifaze güneş  enerjisi  redresörü  sistemlerinin  güvenilirliğinin  tahmin  edilmesi  ile  ilgili  olarak  hazırlanan  bir durum çalışmasıdır.  2 SİSTEM GÜVENİLİRLİĞİ BLOK ŞEMASI OLUŞTURMA  Aşama  1'in  bir  parçası  olarak,  güvenilirlik  blok  şeması  mevcut  bilgileri  temel  alarak  sistemin güvenilirliğini belirlemek için oluşturulmuştur.     Şekil 1. Güneş Enerjisi Redresörü Sistem Güvenilirliği Blok Şeması   Modelin  yapısı,  temelde  bir  seri  sistemdir  ve  DC  bara  kapasitörlerinin  k'da-n  yedeklemesini  yansıtır. Kalan öğelerin tümü, birimin çalışması için temel önemdedir. Çalışma için kritik önemde olmayan bir kaç  öğenin,  ekipmanın  sürekli  olarak  güvenli  bir  şekilde  çalışmaya  devam  etmesi  için  diğer  öğelere kıyasla daha sık değiştirilmesi veya onarılması gerekir. Bu öğeler, seri modeline dahil edilmiştir. Toplanan  güvenilirlik  bilgilerine  dayanan,  verileri  açıklayan  çeşitli  dağıtım  biçimleri  bulunur.  Bu nedenle,  daha  yakın  güvenilirlik  tahminleri  yapmak  için  Bölüm  3.2'de  anlatılan  kritik  parçalar  için Weibull dağıtımını kullanırken, diğer parçalarda üstel dağıtımı kullandık. Mevcut güvenilirlik bilgisi, her bloğun güvenilirliğini güvenilirlik formülüne dayanarak hesaplamak için karakteristik kullanım ömrünün (η) yanı sıra eğimi (β) temel alan tahminler içerir:     (1) Ayrıca  kullanılabilirliği  hesaplamak  için  her  bloğun  ortalama  onarım  süresi  saha  verilerinden  alınır. Daha sonra her blok için güvenilirlik ve ortalama onarım süresi ReliaSoft BlockSim aracına girildiğinde ve  redresör  çalışma  süresi  günde  8  saat  varsayıldığında,  10  yıllık  bir  süre  için hesaplanan  ortalama kullanılabilirlik %99,97 olur. Ortalama kullanılabilirlik A(t), sistemin güç ürettiği bir görev sırasında veya süre içindeki zamanın oranıdır.     (2) A(t), güvenilirlik R(t) ve ortalama onarım süresi m(u) temel alınarak hesaplanır:     (3) Aşağıdaki  şekilde,  BlockSim  RBD  simülasyonunu  temel  alan  güvenilirlik  grafiği  bir  zaman  işlevi  R(t) olarak verilmiştir.   Relia Soft Block Sim 7 - www.ReliaSoft.com  Güvenilirlik ve Zaman 

  3     Şekil 2. Sistem RBD güvenilirliğe karşı zaman  Bu çalışma boyunca yapılan tüm hesaplarda, ihtiyatlı teorik hesaplamalar için bir referans olarak 45°C, 480Vdc ve tam güç koşullarının sağlanması gerektiğini unutmayın.  2.1 Tedarikçi verileri güvenilirlik hesaplama örneği Tedarikçi  verilerini  temel  alan  hesaplamalara  örnek  olarak,  bu  noktada  RBD'de  kullanılan  fan hesaplamalarını  inceleyelim.  Redresörde  üç  tip  fan  bulunur;  burada  bu  üç  tipten  sadece  birini  ele alacağız. Düzgün bir şekilde oluşturulmuş ve monte edilmiş bir fanda en olası arıza, yatak yağının azalmasıdır ve bu, zamanla yatağın aşınmasına ve fan işlevinin azalmasına neden olur. Soğutma fanı güvenilirlik modelleme üzerine Xijin çalışmasından [1] elde ettiğimiz tedarikçi verilerini bir Weibull kullanım ömrü dağıtımına uyarlayabiliriz. Denklem 4'te, soğutma fanları için uygun bir AF formülü bulunur:    (4) T test  veri sayfasından alınır ve T use  normal kullanım durumu sıcaklığıdır. Fan veri sayfası ayrıca, 40°C  sıcaklıkta birimlerin %10'unun arızalanması beklenen süreyi temsil eden 57.323 saatlik bir L10 değeri verir.  Denklem  4  kullanılarak,  L10  süresini,  45°C  sıcaklığa  karşılık  gelen  45.310  saatlik  süreye dönüştürmek için AF belirlenir. Uygun  sıcaklıktaki  L10  değeri  ile  Weibull  dağıtımı  için  eta,  η  değerini  belirlemek  amacıyla  cebir uygulanır. Denklem 5, eta için çözümlenen Weibull dağıtımının Güvenilirlik fonksiyonunu gösterir. 0,10 olarak bilinen R(t) değerini girerek ve süre için 45°C sıcaklıkta L10 süresini ekleyerek, 45°C sıcaklıkta çalışan fan için Weibull dağıtımının karakteristik kullanım ömrünü hesaplayabiliriz.     (5) Tek  eksik  öğe,  Xijin'in  3,0  olarak  kullanılmasını  tavsiye  ettiği  beta,  β,  öğesidir.  3,0  beta  değeriyle, ayarlanan  tedarikçi  L10  verilerini  95.933  saatlik  normal  kullanım  sıcaklığında  kullanarak  eta  değerini hesaplayabiliriz. 45°C  normal  kullanım  sıcaklığı  için  fan  Weibull  değerleri,  Reliasoft’s  BlockSim  yazılım  paketi kullanılarak RBD'nin içindeki fan için girilir.  3 ALT GERÇEKLEŞTİRMEK İÇİN OPTİMUM LİSTEYİ SEÇME  Güneş  enerjisi  redresörlerinin  uzun  süreli  dış  mekan  performansını  değerlendirmek  için  dış  mekan saha performansı verilerine gerçekten ihtiyacımız vardır; bununla birlikte, garanti maliyetini belirlemek için  10  yıl  bekleyemeyiz.  Sahaya  kurulu  ortalama  85  sistem  bir  yıldan  kısa  bir  işletim  süresi  içinde dikkate alındığında, saha verileri tasarımın karakteristik kullanım ömrünü yansıtmaz. 

  4   Bu  nedenle,  uzun  vadede  sahada  ne  olacağını  öngörmek  için  ALT  kullanılır  ve  hata  modları performans düşüklüğü nedeniyle tekrarlandığında ALT planları gerçekleştirilmelidir. İdeal olarak her alt sistem ve bu alt sistemlerin birleşmesinden oluşan bütün bir sistemde özel bir ALT gerçekleştirilmesi gerekir  ancak,  bu  tür  test  planlarının  yüksek  maliyeti  nedeniyle  ALT  planlarının  seçiminde optimizasyon  göz  önünde  bulundurulur.  Aşağıda  ilk  olarak,  ALT  planlarının  tasarımı  için  saha verilerinin incelenmesi ve parça gerilimi analizini ele alacağız.  3.1 Saha Verileri Analizi  Performans  düşüklüğü  kaynaklı  hata  modlarını  belirlemek  için  saha  verileri,  bir  yıla  yakın  zamandır işletilen 85 sistemden oluşan bir filonun ortalama arıza süresi (TTF) temel alınarak analiz edilir. Veri seti üzerinde ReliaSoft Weibull++ aracı kullanılarak gerçekleştirilen analiz, aşağıda açıklandığı şekilde hem onarılamaz hem de onarılabilir sistemlerin kullanımını içerir.  Onarılamaz  sistemler  -  Bu  analizde,  aynı  birimde  birden  fazla  arıza  olamaz  varsayımı  ile  Weibull dağıtım  modelini  kullandığımızdan,  ardışık  arızaların  tamamen  farklı  bir  birimde  olduğu  varsayılır. Ayrıca,  her  birim  ayrı  bir  durdurulmuş  veri  noktası  olarak  kabul  edilir.  Weibull++  “Ortalama  Arıza Süresi”  analizini  temel  alan  1'den  az  bir  β  değeri,  tüm  bu  arızaların,  performans  düşüklüğünün  değil kısa  bir  kullanım  ömrünün  göstergesi  olduğu  anlamına  gelir.  Ek  olarak,  “Ortalama  Arıza  Süresi” verileri, Lognormal modelleri kullanılarak analiz edilmiştir. Ortalama arıza süresi verilerinin çizimi   Şekil 3.    Şekil 3. Ortalama arıza süresi ve zaman  Çizimde, çoğu olasılık yoğunluk fonksiyonunda (PDF) onarım oluşturmanın 3 saatin altında olduğu ve çok fazla zaman almadığı ancak sadece birkaçında uygulamanın zaman aldığı görülmektedir.  Onarılabilir  sistemler  -  Bu  yöntemde,  tek  bir  Redresörde  birden  fazla  arızayı  öngören  Weibull++ genel yenileme süreci (GRP) 6 kullanılır ve dolayısıyla bu veri analizi için daha gerçekçi bir yaklaşım sağladığı varsayılır. Burada hem parametrik hem de parametrik olmayan analizler dikkate alınır. Parametrik RDA analizinde, onarımın sistemin eskimesini engellemediğini bildiğimiz için “Tip I” analiz kullanmayı tercih ettik. Onarılamaz sistemlerin analizine benzer bir şekilde 1'den az bir β değeri, kısa kullanım ömrünün göstergesidir. Parametrik olmayan RDA analizinde, her redresör için zamana karşı arıza sayısını gösteren bir arıza geçmişi  çizimi  oluşturulur.  Şekil  4'te  görüldüğü  üzere,  Ortalama  Kümülatif  Fonksiyon  (MCF)  zaman içinde  arızalar  arasındaki  zaman  aralığının  arttığını  göstermektedir;  bu,  kısa  kullanım  ömrünün  bir göstergesidir. Kullanım  ömrü  arızalarının  erken  belirtileri  bir  birimin  ilk  kullanım  yılında  görülebilir  ya  da  10  yıllık beklenen performans ve hatta sonrasında görülmeyebilir. Bu nedenle, ilk yılın sonrasında güvenilirlik dikkate alındığında, saha verileri RBD için doğrudan kullanışlı değildir.  ReliaSoft Weibull++ 7 - www.ReliaSoft.com  

  5     Şekil 4. Çoklu Kümülatif Fonksiyon ve Zaman    3.2 Kritik parçalar inceleme listesi ve ilk hesaplamalar  Saha  verilerinden  elde  edilen  sonuçlar,  kısa  kullanım  ömrü  arızalarını  belirtiyor  olduğundan,  ALT tasarlamak için herhangi bir eskime trendi veya performans düşürme işaretinden faydalanılamaz. Bu nedenle, ALT planlarını optimum hale getirmek için sistemde yer alan kritik parçaların listesi, bileşen gerilimi  seviyesi  ve  eskiyen  mekanizmalar  incelenir.  Dahili  kritik  parçaların  listesi:  IGBT’ler,  DC  Bara kapasitörleri,  Redresör  köprü  fanları,  Endüktör  fanları,  AC  filtre  kapasitörleri,  Çevrim  fanları.  Kritik parçalar  listesinde  değer  kaybı  analizleri  temel  alınarak,  IGBT’ler  ve  DC  Bara  kapasitörler,  ALT planlarına odaklanmak üzere seçilir.  Seçim,  FMEA  tasarımı,  bileşen  değer  kaybı  ve  güvenilirlik  tahminleri  incelenerek  yapılır.  Fanlar,  AC filtresi ve DC Bara Kapasitörlerinde, tedarikçi verileri, elektrik ve termik gerilim koşulları ve (η) ve eğim (β) ile karakteristik kullanım ömrü temel alınarak ek güvenilirlik hesaplamaları gerçekleştirilir.  4 ALT TESTİ  Güvenilirlik  hesaplamaları  temel  alınarak  mühendisler  ve  bileşen  tedarikçileri  ile  gerçekleştirilen görüşmelerde  IGBT  ve  DC  Bara  kapasitörünün  eskimesi,  ürün  eskimesinin  ana  etmeni  olarak tanımlanmıştır. Bu nedenle redresör köprüsü ALT planı, IGBT eskimesini dikkate alacak şekilde bir alt sistem düzeyi ALT olarak ve DC Bara kapasitörü eskimesini dikkate alacak şekilde bir sistem düzeyi ALT planı olarak tasarlanmıştır. Her iki ALT planında, %80 oranında bir güvenilirlik hedefi ve köprü için 6 ve sistem için 2 örnek boyut sınırlaması  belirledik.  Bu  pilot  çalışmada  temsili  kullanım  ortamı  hava  durumu  için  Güney  Ontario bölgesi seçilmiştir.  4.1 Redresör Köprüsü alt sistemi ALT  IGBT’ler, Güneş Enerjisi Redresörlerinde termik marj ile tasarlandıklarından, termik döngü, eskimeye neden olan ana gerilim faktörüdür. Termik döngü kaynaklı arıza nedenlerinden gerçekleşme olasılığı en  yüksek  olan  ikisi,  bağ  teli  yorgunluğu  ve  lehimli  bağlantı  yorgunluğudur.  Yüksek  çalışma sıcaklıkları,  malzeme  yoğunluğu  ve  yayılmaya  neden  olan  termik  genleşme  uyumsuzluğu  katsayısı nedeniyle monte edilen malzemelerin hareketliliğini artırır. Köprü  testi  planı,  büyük  ölçüde  IGBT  eskimesine  neden  olan  ana  gerilim  faktörü  olarak  sıcaklık döngüsü  temel  alınarak  oluşturulmuştur.  Bu  uygulamanın  karakteristik  bir  özelliği  olmayan  bağ  teli yorgunluğuna,  hızlı  anahtarlama  uygulamalarında  daha  fazla  rastlanır.  Bu  nedenle  lehimli  bağlantı yorgunluğunun  ana  faktör  olması  beklenmelidir.  Bu  çalışmada  test  süresini  belirlemek  için  Güney Ontario  verileri  incelenmiş  ve  Coffin-Manson  denklemi  ve  tedarikçinin  sağladığı  parametre  temel alınarak ALT planı hızlandırma faktörü (AF) hesaplanmıştır. 

  6       (6) T c , IGBT bakır kaide plakasının sıcaklığı ve N, %1 hata oranlı döngü sayısıdır. Bu sayıyı, 2,3 olarak  varsayılan  (zaman  içinde  kademeli  bir  metal  yoğunluğu  göz  önünde  bulundurularak,  [3]  çalışması temel alınarak ve Weibull++ dağıtımı kullanılarak) β değeri ile birlikte kullanarak, ortalama arıza süresi dağıtımı sayısını tahmin edebiliriz. Denklem (4) ve (6) ile Hızlandırma Faktörünü hesaplamak için:     (7) N,  u  (kullanım  seviyesi)  ve  t  (test  seviyesi)  sıcaklığında  döngü  sayısı,  ΔT,  u  (kullanım  seviyesi)  ve  t (test  seviyesi)  koşullarındaki  sıcaklık  döngüsüdür.  Güney  Ontario  hava  durumu  istasyonlarından alınan 20 yıllık verilere dayanarak, çevre verilerini aşağıdaki şekilde hesapladık. Verilerin elde edildiği hava  durumu  istasyonları:  Toronto,  Londra,  Gatineau,  Ottawa,  Peterborough,  Sarnia,  Sudbury,  Ann Arbor, Detroit, Flint.  Tablo 1, Güney Ontario bölgesi hava durumunun (ΔT) temel alındığı AF hesaplaması  480Vdc değerinde çevresel ΔT c   AF B=-3,831   10 yıllık test döngüsü   Ontario   ΔT c  90 .  yüzdelik dilim, 69,6°C   34   107   Ontario   ΔT c  50 .  yüzdelik dilim, 63,5°C   48,6   75    Ayrıca, çevresel hücrenin -40°C'den (güç kapalı) +90°C'ye (tam güçte) çıkartılmasıyla, IGBT muhafaza sıcaklığı -40°C'den 135°C'ye yükselir. Bu nedenle, Ontario hava durumu verilerinin   90 .  yüzdelik dilimi  için AF değerini 34 olarak alacağız. Hızlandırma faktörünün yeniden hesaplanmasının, bulut miktarına bağlı olarak IGBT’deki mini sıcaklık farklılıklarını dikkate alacak şekilde yapıldığını, ancak genel etkinin minimum  olduğunu  unutmayın.  ALT  planı  için  güven  seviyesini  hesaplarken,  köprülerdeki  test sırasında  çalışmanın  arızasız  olacağını  varsayarak,  örnek  formülünü  temel  alan  genişletilmiş  başarı testi üstel dağıtımını kullandık:     8 n,  örnek  boyutu,  C,  örneklemenin  güvenilirliği  (tip  I  hata  veya  alfa  istatistiksel  hata),  m,  test  edilen örneğin  kullanım  ömrü  sayısı,  R,  süreç  içinde  başarılı  çalışmanın  güvenilirliği  veya  olanaklılığıdır. Maliyet  nedeniyle  örnek  sayısını  6  ile  sınırlandırarak,  ALT  planı  için  %80  güvenilirlik  ve  %74  güven sergileyebiliyoruz.  ALT  planı  şu  şekilde  özetlenebilir:  6  Köprünün,  bir  birimin  arızasız  bir  şekilde çalışması  durumunda  %80  güvenilirlik  ve  %74  güven  sergileyeceği  Ontario   90 .  yüzdelik  dilim  hava  koşullarında  10  yıllık  sıcaklık  döngüsü  simüle  edilerek,  -40°C  -  90°C  arasında  108  döngü gerçekleştirecek şekilde ayarlanan bir test hücresi içinde test edilmesidir.  4.2 Redresör Köprüsü Sistemi ALT Birçok  arıza  nedeni,  sistemin  çökmesini  sağlamak  için  adeta  yarış  içindedir.  Belirli  oranlarda  yüksek sıcaklık,  nem,  akım  ve  gerilim  sapması  değerleri  altında  en  olası  arıza  nedenleri  aşağıdakileri  içerir: metal migrasyonu, korozyon, elektro-migrasyon ve zamana bağlı dielektrik aksamalar ve diğerleri. Bu  yazıda  daha  önce  sözünü  ettiğimiz  gibi,  sistem  seviyesi  ALT  planında  genellikle  DC  bara kapasitörlerinin  eskimesine  odaklanılsa  da  Redresör  köprüsü  fanları,  Endüktör  fanları,  AC  filtresi kapasitörleri,  Sirkülasyon  fanları  da  bu  test  boyunca  eskimeye  devam  etmektedir.  Redresör  gibi karmaşık bir sistemde, sistemin kullanım ömrünü sınırlayan baskın bir arıza nedeni bulunuyor olabilir. Bu test, arıza planlanan test sırasında gerçekleşirse veya test süresi arıza gerçekleşene kadar uzarsa, bu arızanın nedenini ortaya çıkaran kanıtlar bulmaya odaklanır.  Tablo 2. Ontario hava durumu verilerini temel alan AF hesabı  Ontario Hava Durumu AF 10 yıllık test saati  90.   yüzdelik dilim, 30°C/%90 RH   19   4.660   50.   yüzdelik dilim, 15°C/%70 RH   241   364     Tablo 2'de görüldüğü üzere, test maliyeti göz önünde bulundurulduğunda, ALT plan için test saatleri 50.   yüzdeli dilim hava durumu verileri temel alınarak hesaplanmıştır. Sistemin karşılaşacağı sıcaklık ve  nem değerleri sabit olmayacak ve günlük ve mevsimlik değişimlerde en yüksek değerlere maruz kalma zaman  içinde  kısıtlanacaktır.  Bu  iki  gerilim  faktöründe  daha  yüksek  değerleri  karşılamanın  test edilmesi, test sonuçlarının kullanım koşullarına çevrilmesi için ek marj sağlar. 

  7   Birinci  kısıtlama  nedeni,  tüm  sistemin  yüksek  maliyeti  nedeniyle  örnek  sayısıdır.  Sistemler,  fiziksel olarak büyük olmalarının yanı sıra, gerçek çalışma gerilimi ve akımları simüle etmek için önemli ölçüde kaynağa  gereksinim  duyar.  Test,  iki  sistemle  sınırlandırılmıştır.  Bir  ALT  planında,  kontrollü  ortam sıcaklığı ve nemi sağlayabilen büyük bir çevre hücresi, 60°C ve %85 RH değerlerinde çalışması için tasarlanmıştır. Bu testin süresi, hızlandırma faktörü (AF) temel alınarak aşağıdaki şekilde hesaplanır. Baskın  arıza  nedeninin  test  boyunca  elektro-migrasyon  olarak  görülmesi,  hızlandırma  faktörünü hesaplamak için Peck ilişkisini kullanmamıza olanak verir.     (9) RH, u (kullanım koşulları) ve t (test koşulları) koşullarındaki bağıl nemdir, E a , aktivasyon enerjisidir ve  Peck denklemi [4] ve çok sayıda eski çalışması ve sonuç deneyimine uygun şekilde 0,9 eV değerine eşittir,  k,  Boltzman  sabitidir  ve  8,617385x10 -5  eV/k  değerindedir,  T,  u  (kullanım  koşulları)  ve  t  (test  koşulları)  koşullarında  Kelvin  cinsinden  sıcaklıktır.  Güven  seviyesi  sadece  2  örnek  boyutu  ve  %80 güvenilirlik  hedefini  temel  alarak  hesaplamak  için  denklemi  (8)  kullanırken,  güven  seviyesi  %36  ile sınırlandırılmıştır. Bu nedenle, Redresör Sistemi ALT planı şu şekilde özetlenir: Redresör Sisteminin 2 örneğinin 326 gün boyunca 60°C ve %85 RH ile test edilmesiyle, Ontario'nun, bir birimin arızasız bir şekilde çalışması durumunda %80 güvenilirlik ve %36 güven sergileyeceği nominal hava koşullarında 10  yıllık  (günde  8  saat)  kullanım  simüle  edilmiştir.  Sistem  seviyesi  örnek  boyutu  kısıtlamasının  2  ve güven  seviyesinin  çok  düşük  olduğu  bir  durumda,  sistem  seviyesi  ALT  planı,  Peck  denkleminin ardından  kritik  bileşenlerin  eskidiğini  varsayarak,  birimin  beklenen  nominal  kullanım  ömrü  içindeki herhangi bir hata nedenini keşfedecektir.  5 SONUÇLAR VE KULLANIM ÖMRÜ HESAPLARI  Bu belgenin hazırlandığı sırada, ALT planları uygulanmaktadır. Testlerin tamamlanmasının ardından, herhangi  bir  arıza  ile  karşılaşılmış  olsa  da  olmasa  da  sonuçlar,  sistem  ALT  içindeki  blokların güvenilirliğinin  yeniden  hesaplanmasında  kullanılır.  Daha  sonra,  10  yıllık  kullanım  ömrü  boyunca Kullanılabilirliğini yeniden hesaplamak ve sistemin Kullanılabilirliğini tahmin etmek için BlockSim aracı kullanılır.  Bugüne kadar tamamlanmış olan sistem seviyesi testler, 10 yıllık kullanım boyunca güvenilirliğin %80 oranında  olacağını  onaylamıştır.  Sistem  ALT,  DC  bara  kapasitörlerinin  hızlandırılmış  arıza  modunu temel  alarak  tasarlanmış  olduğundan  ve  test  boyunca  herhangi  bir  arıza  gözlemlenmediğinden, tedarikçi  verileri  ve  kullanım  ömrü  hesaplarını  temel  alan  orijinal  güvenilirlik  hesaplamaları  güvenilir olarak  kabul  edilir  ve  RBD'nin  güncellenmesine  gerek  yoktur.  Şimdiye  kadar  test  edilen  4  örnek dışındaki alt sistem testlerinde, toplam 108 döngü içinde 1 köprü arızası meydana gelmiştir. Arızanın test kurulumu ile ilgili değil de IGBT’nin eskimesi ile ilgili olduğu kanıtlanırsa eğer bu, arızayı bulmak için  tüm  örnekleri  daha  uzun  döngülerle  test  etmemiz  ve  RBD'yi,  IGBT’lerin  yeni  güvenilirlik hesaplamalarını temel alarak güncellememiz gerektiği anlamına gelir.  Bu projede bir pilot proje sergilenmiş ve kullanım ömrünün saha verileri ve ALT planları temel alınarak hesaplanmasına  yönelik  adımlar  açıklanmıştır.  Her  ne  kadar  daha  fazla  saha  verisi  elde  etmek  ve daha  fazla  örnek  ile  daha  uzun  bir  test  sürecinden  faydalanmak  daha  hassas  hesaplamalar yapmamızı sağladıysa da bu proje, örnek boyutu, test süresi ve saha verileri gibi kısıtlamaları ve saha, tedarikçi ve ALT sonuçları gibi birçok veri kaynağını optimum hale getirme zorunluluğu olan bir gerçek hayat güvenilirlik tahmini örneği sağlamıştır.  EK- HAVA DURUMU VERİLERİ  Normal depolama ortamı, sıcaklık kontrolü sağlanan ya da sağlanmayan, kapalı bir iç mekandır. Bazı durumlarda,  depolama  sıcaklıkları  dış  mekan  ortam  sıcaklıkları  ile  benzer  olabilir.  Birimin,  dünyada insanların  yaşadığı  yerlerde  depolanacağı  beklenmektedir.  Nominal  sınırlar  veya  çok  az  durumda veya birimde uygulanabilecek mutlak maksimum depolama sıcaklığı sınırları belirlemektense, günlük ortalama sıcaklık ve günlük ortalama sıcaklık aralığı için   50.   yüzdelik dilim (nominal) veya   90.   yüzdelik  dilimi kullanacağız. Ulusal İklim Veri Merkezinin [2] dünyanın her yerinden günlük olarak hava durumu verileri sağlayan hava durumu istasyonları bulunur. Hava durumu verileri, 1 Temmuz 2005 - 1 Temmuz 2010 arasında, veritabanında yer alan dünyanın her yerindeki hava durumu istasyonlarının listesinden, rastgele olarak seçilen 20 istasyonun verilerini içermektedir.  Sonuç  olarak  elde  edilen  162.000  satır  günlük  veri  değeri,  minimum,  maksimum  ve ortalama sıcaklıkları içerir. 

  8   Maksimum  sıcaklık  genel  olarak  sadece  bir  saat  veya  bir  gün  için  alınır.  Günlük  minimum  ve maksimum  sıcaklıklar  arasındaki  fark,  günlük  sıcaklık  aralığıdır.  Excel  yüzdelik  dilim  fonksiyonu kullanılarak,   90.   yüzdelik dilim ve nominal veriler Tablo 1 ve Tablo 2'de gösterilir.    REFERANSLAR 1.  T.  Xijin,  "Soğutma  fanı  güvenilirliği:  arıza  kriteri,  hızlandırılmış  kullanım  ömrü  testi,  modelleme  ve kalifikasyon." Güvenilirlik ve Sürdürebilirlik Sempozyumu, 2006. RAMS '06. Yıllık: 380-384.  2.  Ulusal  İklim  Veri  Merkezi,  ABD  Ticaret  Bakanlığı,  6.   Temmuz  2012'den  itibaren,  http://www7,ncdc.noaa.gov/CDO/cdoselect.cmd?datasetabby=GSOD&countryabby=&georegionabby=  3.  Micol,  A,  C  Martin,  O  Dalverny,  M  Mermet-Guyennet  ve  M  Karama.  "Stokastik  Belirsizlik  ile  Güç  Modülünde Kurşunsuz Lehimin Güvenilirliği." Mikroelektronik ve Güvenilirlik 49, no. 6 (2009). 4. Peck, D.S., “Nem Testi Korelasyonu için Kapsamlı Model,” IEEE IRPS Tutanakları, 1986. pp. 44 – 50. 5. Condra, L. W. (2001). Deney Tasarımları ile Güvenilirliğin Gelişimi. New York, Marcel Dekker. 6.  Mettas,  A.  ve  Z.  Wenbiao  (2005).  Modelleme  ve  genel  onarım  ile  onarılabilen  sistemlerin  analizi. Güvenilirlik ve Sürdürebilirlik Sempozyumu, 2005. Tutanaklar. Yıllık.  7.  Parler,  Sam  G.,  Jr.,  2004.  Elektrolitik  Kapasitörler  için  Kullanım  Ömrü  Çarpanlarının  Türetilmesi.  IEEE Güç Elektroniği Birliği Bülteni 16 (1):11-12. 8.  Newcombe,  D  R,  D  Chamund,  C  Bailey  ve  H  Lu.  "IGBT  Güç  Modüleri  için  Güvenilirlik  Ölçütleri." Elektronik  Paketleme  Teknolojisi  ve  Yüksek  Yoğunluklu  Paketleme  (ICEPT-HDP),  2010,   11.   Uluslararası Konferansı. 9. Trinidade, D. ve S. Nathan, (2006). Onarılabilir sistemlerin saha güvenilirliğinin izlenmesi için basit çizimler. Güvenilirlik ve Sürdürebilirlik Sempozyumu, 2006. Tutanaklar, Yıllık.  BİYOGRAFİLER Golnaz Sanaie 1541 Foster Ave Coquitlam, BC, V3J 2N3, Kanada  e-posta: [email protected]  Golnaz Sanaie, Schneider Electric'te bir güvenilirlik yöneticisidir. 2006 yılında Kaliforniya'nın San Jose şehrindeki Cisco Systems'de işe başlamasından itibaren güvenilirlik alanında çalışmakta olan Golnaz Sanaie,  Schneider  Electric  güvenilirlik  ekibine  2008  yılında  katılmıştır  ve  2010'dan  beri  güvenilirlik ekibini  yönetmektedir.  Golnaz,  Lisans  ve  Yüksek  Lisans  derecelerini,  BC,  Vancouver'da  bulunan Simon Fraser University'de elektronik mühendisliği üzerine yapmıştır. O, ASQ Sertifikalı bir Güvenilirlik Mühendisidir  ve  ASQ'nun  aktif  bir  üyesi  olmasının  yanı  sıra,  güvenilirlik  ekibi  ve  ASQ  Vancouver bölümünün de bir üyesidir.  Fred Schenkelberg 15466 Los Gatos Blvd #109-371 Los Gatos, CA, 95032, USA  e-posta: [email protected]  Fred  Schenkelberg,  güvenilirlik  mühendisliği  yönetimi  eğitimi  ve  hızlandırılmış  kullanım  ömrü  testi alanlarına  odaklanmış  olan  Ops  A  La  Carte,  LLC  firmasında  bir  güvenilirlik  mühendisi  ve  yönetim danışmanı  olarak  çalışmaktadır.  Ayrıca,  çeşitli  HP  ürünleri  ile  ilgili  danışmanlık  hizmeti  veren  HP kurumsal  güvenilirlik  programının  kurucularından  biridir.  University  of  Maryland'de  güvenilirlik mühendisliği  yönetimi  üzerine  mezunlar  seviyesinde  bir  kursta  ders  vermektedir.  Yüksek  Lisans Derecesini  İstatistik  dalında  Stanford  University'den  1996  yılında  almıştır.  Lisans  derecesini  Fizik dalında  United  State  Military  Academy'den  1983  yılında  almıştır.  Fred,  American  Society  of  Quality Reliability Division'ın eski başkanıdır ve IEEE ve IEC güvenilirlik standartları geliştirme ekibinin aktif bir üyesidir.  Fred  ayrıca,  No  MTBF  hareketinin  ve  nomtbf.com  web  sitesinin  de  kurucusudur.  ASQ  ve IEEE'nin kıdemli üyelerindendir. ASQ Sertifikalı bir Kalite ve Güvenilirlik Mühendisidir.