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Lichttechnik für Meister:

LED vs. Leuchtstofflampen (1)

Bis 2012 las man in der Fachpresse, die fortschrittlichen T5-Leuchtstofflampen seien angetreten, um die herkömmlichen T8-Leuchtstofflampen abzulösen. Seit 2013 liest man an den entsprechenden Stellen, dass die fortschrittlichen LED-Leuchtmittel angetreten sind, um die herkömmlichen T5-Leuchtstofflampen abzulösen. Das ging rasch, so rasch, dass bei den Anwendern einige Verunsicherungen entstanden sind. Hier einige Hilfestellungen zur persönlichen Wahrheitsfindung.

Wirkungsgradvergleich

Tabelle 1: Ausgewählte Nenndaten von Leuchtstofflampen und LEDs 
aus Herstellerkatalogen
Tabelle 1: Ausgewählte Nenndaten von Leuchtstofflampen und LEDs aus Herstellerkatalogen

Im Vergleich mit einer herkömmlichen Glühlampe steht die LED natürlich klar besser da; die bisher als Ersatz für die ineffiziente Glühlampe eingesetzte Kompakt-Leuchtstofflampe (KLL), umgangssprachlich als »Energiesparlampe« bezeichnet, allerdings auch. In der Lichtausbeute liegen LED und KLL für den Hausgebrauch ungefähr gleichauf. Für diese Erkenntnis bedarf es keines wissenschaftlichen Forschungsprojekts; ein paar Stunden Geduldsarbeit vor den Katalogen der bedeutendsten Hersteller genügen hierfür. Beispielhafte Werte für Lichtströme und Lichtausbeuten zeigt die Tabelle 1.

Der Wirkungsgrad elektrischen Lichts wird in Lumen pro Watt (lm / W) gemessen. In der Einheit »lm« ist bereits berücksichtigt, dass das menschliche Auge für verschiedene Farben (Wellenlängen) des Lichts unterschiedlich empfindlich ist: Die Strahlungsleistung von 1W kann zum einen dem Lichtstrom von 683 lm entsprechen. Dies ist bei einer Wellenlänge von 555 nm (»grasgrün«) der Fall. Zum anderen können 1W aber auch 1 lm oder weniger entsprechen. Auf diese Zusammenhänge bin ich in einem früheren Beitrag schon sehr detailliert eingegangen (»Lichttechnik für Meister: Bestimmung der Effizienz«  in »de« 20.2014 und »de« 21.2014).

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Demnach kann eine Lichtquelle mit »idealem« Weiß, also gleichmäßiger Strahlungsleistung auf allen Wellenlängen, theoretisch eine maximale Lichtausbeute von 182 lm/W erreichen. Bei Sonnenlicht, das auch einen leichten »Buckel« bei »Grün« aufweist, sind es knapp 200 lm / W. Diese Werte entsprächen also schon einem physikalischen Wirkungsgrad von jeweils 100 %. LEDs werden teilweise mit Werten über 200 lm / W angegeben. Dies bedeutet dann entweder, dass das betreffende Leuchtmittel im Betrieb eiskalt wird, Wärme aus der Umgebung ansaugt und daraus Licht erzeugt oder, dass das Licht eben nicht wirklich weiß ist, sondern zu viel Grün enthält. Da man in der Praxis nie von eingefrorenen LEDs hört, sondern stets davon, dass die Abfuhr der Verlustwärme aus einem solch kleinen Halbleiter ein Problem darstellt, ist von der zweiten Möglichkeit auszugehen. Das Ergebnis ist das Vorurteil, LED-Licht sei »kalt« – genau wie anfangs bei den KLL.

Vorteile der LED

Gäbe man sich damit zufrieden, bei LEDs ähnliche Lichtausbeuten wie bei Leuchtstofflampen zu erreichen, könnte man sich auf eine Vielzahl anderer Vorteile konzentrieren, von denen man früher nicht zu träumen gewagt hätte: Die LED

  • ist beliebig oft schaltbar, ohne dass ihre Lebensdauer darunter leidet
  • bringt sofort nach dem Einschalten die volle Helligkeit
  • ist gegenüber der Leuchtstofflampe mit geringerem technischem Aufwand bis auf »0« dimmbar
  • behält dabei ihre hohe Lichtausbeute bei (anders als bei Leuchtstofflampen und vor allem ganz im Gegensatz zu Glühlampen, Bild 1)
  • kann je nach Bauform in die Breite oder auf den Punkt leuchten
  • kann in manchen Situationen die Effizienz erheblich verbessern, was immer dann der Fall ist, wenn es eine geschickte Lenkung ermöglicht, das Licht gleichmäßig dort zu verteilen, wo es gebraucht wird (z. B. bei der Straßenbeleuchtung).

Platzsparend und dekorativ

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Die LED ermöglicht den Aufbau extrem kleiner Leuchtmittel mit sehr kleinen Leistungen. In allen Anwendungen, in denen extrem wenig Licht gebraucht wird, dies aber eben doch gebraucht wird, kommt die LED auch mit sehr wenig Platz und Energie aus. Ein Nachtlicht beispielsweise lässt sich schon mit 0,1 W realisieren, denn das menschliche Helligkeits-Empfinden verläuft logarithmisch. Leuchtstofflampen unter 1 W Nennleistung (Bild 2) sind dagegen nicht bekannt geworden, und auch diese sind noch recht klobig und deutlich weniger ­effizient als diejenigen mit großen Bemessungsleistungen.

So ermöglicht sie auch eine Fülle von Anwendungen im Bereich der dekorativen Beleuchtung. Gerade die zum Teil aus der lieben Not mit der Erwärmung geborene Tendenz, LED eher auf viele kleine und kleinste Lichtpunkte als wenige große mit Leistungen von mehreren Watt zu verteilen, erhöht die dekorative Wirkung und kommt den Wünschen der Kunden, besonders im Wohnraumsektor, entgegen. Diese zur Tugend gewordene Not ergänzt sich wiederum hervorragend mit der Möglichkeit der Erzeugung farbigen Lichts.

Bild 3: Beleuchtung eines Fahrrads auf LED umgerüstet – die 
verfügbare Leistung reicht nun für zwei LED statt einem Lämpchen und reicht auch noch für das Nachladen des Akkus
Bild 3: Beleuchtung eines Fahrrads auf LED umgerüstet – die verfügbare Leistung reicht nun für zwei LED statt einem Lämpchen und reicht auch noch für das Nachladen des Akkus

Man muss nicht mit geringer Effizienz ein kontinuierliches Spektrum erzeugen, was bei weißem Licht erstrebenswert und allein mit der Glühlampe (und Sonnenlicht) wirklich möglich ist, und aus diesem Spektrum dann alle anderen als die gewünschte Farbe heraus filtern. Stattdessen erzeugt die LED von vornherein nur die gewünschte Farbe. Zusammen mit der Miniaturisierbarkeit der Leuchtkörper ist es keine technische Schwierigkeit mehr, sie mehrfach in verschiedenen Farben vorzuhalten und diese separat anzusteuern, und schon sind den dynamischen Farbspielen – außer finanziellen – überhaupt keine Grenzen mehr gesetzt.

Kombiniert mit ihrer Punktförmigkeit, der hohen Effizienz und dem Freiheitsgrad, die einzelne LED in die Breite strahlend oder aber extrem scharf fokussierend zu konstruieren, lässt sie zur nahezu idealen Beleuchtung für Fahrzeuge werden. Für die mageren 3W, die am Fahrrad zur Verfügung stehen, bekommt man jetzt richtige Sicht (Bild 3). Das Rücklicht muss nur mit einem Kondensator (Supercap) gepuffert werden und leuchtet damit schon mehrere Minuten nach – Ausschalten auch nicht nötig (Bild 4).

Zwischenfazit

Bild 4: Modernes Fahrrad-Rücklicht mit »Nachbrenner« – 
ein Kondensator lässt die LED auch im Stehen weiterleuchten
Bild 4: Modernes Fahrrad-Rücklicht mit »Nachbrenner« – ein Kondensator lässt die LED auch im Stehen weiterleuchten

Zusammengefasst könnte der geneigte Leser jetzt meinen, dass im Grunde nichts mehr für die Leuchtstofflampe spricht. Dem ist allerdings nicht so und diesem Punkt möchte ich auch im zweiten Teil meines Beitrags Rechnung tragen. Dennoch ist und bleibt die LED-Technik von sehr hohem Wert für die verschiedensten Anforderungen einer zeitgemäßen Beleuchtungstechnik, aber eben nicht für jede.

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Über den Autor
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Dipl.-Ing. Stefan Fassbinder

Studium der elektrischen Energietechnik. Jahrelange Tätigkeit in der Konstruktion und Entwicklung von Klein-, Ringkern- und Großtransformatoren sowie Relais. War 25 Jahre lang Berater für elektrotechnische Anwendungen beim Deutschen Kupferinstitut in Düsseldorf. Mitglied in der DKE-Kommission K 712 und im UK 221.2 sowie in mehreren Arbeitskreisen.

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