Energiesparlampen und Beleuchtungstechnik

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1 Energiesparlampen und Beleuchtungstechnik 1

2 Inhaltsübersicht Glühbirne Energiesparlampe LEDs Vergleich 2

3 Zeitleiste: 1879: Erste Glühbirne, Thomas Edison 1901: Erste Quecksilberdampflampe von Peter Cooper-Hewitt 1938: General Electric beginnt mit der Produktion von Leuchtstoffröhren nach Patenten von Edmund Germer 3

4 Zeitleiste: 1962: Nick Holonyak entwickelt die erste kommerzielle rote LED für GE 1980: Philips bringt die erste Kompaktleuchtstoffröhre auf den Markt 1993: Herstellung von den ersten effizienten blauen LEDs durch die Firma Nichia ab 2009: Schrittweises Verbot von Glühlampen 4

5 Statistiken 19 % des weltweiten Energieverbrauchs entfallen auf die Beleuchtung (Deutschland: 10%) 14 Milliarden Lichtquellen werden weltweit jährlich verkauft Circa 315 Millionen Glühbirnen in deutschen Privathaushalte 5 Verkaufszahlen 2009 : 200 Millionen Glühlampen 40 Millionen Energiesparlampen

6 Entwicklung der Effizienz Diplomarbeit Energiesparlampen 6

7 Inhaltsübersicht Glühbirne Energiesparlampe LEDs Vergleich 7

8 Die Glühbirne 8 Hofeinfahrtsbeleuchtung/gluehbirne.jpg

9 Aufbau Meist evakuierter Kolben Glühwendel wird auf circa 2000K K erhitzt Emission von Strahlung thermischelampen.htm#gluehlampen 9

10 Schwarzkörperstrahlung 10 giesparlampen_und_oekologie.pdf

11 Plank sche Strahlungsgesetz Strahlungsgesetz nach Rayleigh-Jeans: Energiedichte pro Frequenzintervall Bose Einstein Statistik: Energie der Photonen (Bosonen) 11

12 Strahlungsgesetz von Planck: Energiedichte pro Frequenzintervall Lässt sich durch in Abhängigkeit von darstellen 12

13 Beispiel von Schwarzkörperstrahlung 13

14 Beispiele für Farbtemperaturen Lichtquelle Kerze Glühlampe (40W) Leuchtstoffröhre (Kaltweiß) Mittagssonne Farbtemperatur 1500 K 2680 K 4000 K K 14

15 Eigenschaften des Lichtes einer Glühbirne Sonnenähnliches Spektrum Warmes Licht 15

16 Beurteilung der Glühbirne Angenehmes Spektrum Dimmbar Große Wärmeverluste Geringe Effizienz (nur 5 10 % Lichtleistung) Geringe Lebenszeit (Durchbrennen der Lampe) 16

17 Übersicht Kriterium Spektrum Glühbirne (60W) kontinuierlich Energieverbrauch 100% Kosten Ca. 1 Lebensdauer Schädliche Materialien Mechanismus 1000 h - Schwarzkörperstrahlung 17

18 Alternative zur Glühlampe Hofeinfahrtsbeleuchtung/gluehbirne.jpg Alte, verschwenderische Technologie 18

19 Inhaltsübersicht Glühbirne Energiesparlampe LEDs Vergleich 19

20 Energiesparlampen Verkleinerte kompakte Leuchtstoffröhren 20

21 Gasentladung 21

22 22 Anregung von Quecksilber

23 Spektrum in nm Wellenlänge

24 Anforderungen an eine Energiesparlampe Große Beschleunigungsspannung Leicht flüchtiges und anregbares Gas Hohe Betriebsfrequenz Großes Volumen 24

25 Lampensockel Leuchtstoffröhre Vorschaltgerät Wichtige Bauteile: 1. Lampensockel 2. Vorschaltgerät Leuchtstoffröhre

26 Schematischer Schaltplan Erhitzen und anschließendes Schließen des Bimetallschalters 26 Aufheizen der Elektroden Freisetzen von Elektronen

27 Nach Abkühlung öffnet sich der Bimetallschalter Strom fällt schlagartig ab Große Spannung (kv!) wird induziert Der Vorgang wird mit 50/60 Hz wiederholt 27

28 Elektrische Vorschaltgeräte Betriebsfrequenz: circa Hz Kein unangenehmes Flimmern Steuertransformator Vorschaltdrossel Schalt-Transistoren

29 Der innere Aufbau: 29

30 Probleme des Linienspektrums: große Einbußen in der sogenannten Farbwiedergabe Maßnahmen: Erhöhung des Drucks in der Lampe Breitere Banden Zusatz von Phosphoren, Leuchtstoffe 30

31 Umweltaspekt der Energiesparlampe etwa 3 mg Quecksilber pro Lampe n/ep200804/bilder/0408_quecksilber_z.jpg Dämpfe führen zu einer Schwermetallvergiftung Entsorgung im Sondermüll Ohne Quecksilber um 2/3 geringere Lichtausbeute 31

32 Umweltbilanz: Beispielrechnung Kriterium Glühbirne Energiesparlampe Quecksilbergehalt 0 mg Circa 3 mg Leistung 60 Watt 11 Watt Tägliche Brenndauer 4 h 4 h Quecksilberemission pro kwh Lebensdauer 1000h h Mit folgenden Formeln kann die Quecksilberemission errechnet werden Material: Stromverbrauch: 32

33 Ergebnis Quecksilberemission aufgrund Glühlampe Energiesparlampe Material Stromverbrauch Gesamt Die Glühbirne hat beim aktuellen Energiemix eine schlechtere Quecksilberbilanz als die Energiesparlampe 33

34 EU Verbot von Glühbirnen August 2003 Europäische Kommission beschließt Direktive Öko-Design April 2009 Die entsprechende EG-Verordnung 244/2009 tritt in Kraft Gültigkeit Seit September 2009 Seit September 2010 Seit September 2011 Ab September 2012 Verbot von Glühbirnen über 100 Watt 75 Watt 60 Watt 25 Watt 34

35 Beurteilung der Energiesparlampe Größere Effizienz Geringe Wärmeverluste Breite Auswahl an verschiedenen Modellen Unangenehmes Licht Gesundheitsschädliches Quecksilber 35

36 Übersicht Kriterium Glühbirne (60W) Energiesparlampe (11W) Spektrum kontinuierlich Linienspektrum Energieverbrauch 100% 18,3% Kosten Ca. 1 Ca. 10 Lebensdauer 1000 h h Schädliche Materialien - Quecksilber Mechanismus Schwarzkörperstrahlung Gasentladung 36

37 Alternative zur Energiesparlampe 37

38 Inhaltsübersicht Glühbirne Energiesparlampe LEDs Vergleich 38

39 Leuchtdiode lichtemittierende Diode vermeil_IEC_LED_Symbol.svg_.hi_.png 39

40 Anwendungsgebiete Straßenbeleuchtung Automobilindustrie Led-Screen (Reklame) Anzeigetafel com/photos/uncategorized/ 2007/08/10/vollled.jpg -content/uploads/philips_ Kieselbronn_LED- Strassenbeleuchtung.jpg uploads/2010/05/led_produkte_neoprop1.pdf 40 uploads/2010/05/led_produkte_neoprop1.pdf uploads/2010/05/led_produkte_neoprop1.pdf

41 Funktionsprinzip der LEDs Elektronen wandern aufgrund der Spannung zu den Löchern Wenn diese rekombinieren, wird Licht emittiert 41

42 42

43 Spektrum einer LED Schmales, unnatürliches Spektrum

44 Beurteilung der LED Leuchte Lange Lebenszeit Energieeffizient Geringer Wartungsaufwand Unangenehmes Spektrum Hoher Preis 44

45 Weiterentwicklung der Led: Oled organische Leuchtdiode Vorteil: geringe Stromdichte flexiblere Bauteile /2011/04/OLED-Bildschirm-OLED-Flexibel.jpg 45

46 Aufbau einer Oled

47 Übersicht Kriterium Glühbirne (60W) Energiesparlampe (11W) LED (8W) Spektrum kontinuierlich Linienspektrum Sehr scharf Energieverbrauch 100% 18,3% 13,3% Kosten Ca. 1 Ca Lebensdauer 1000 h h h Schädliche Materialien - Quecksilber - Mechanismus Schwarzkörperstrahlung Gasentladung Halbleiter 47

48 Inhaltsübersicht Glühbirne Energiesparlampe LEDs Vergleich 48

49 Vergleich Glühlampe und Energiesparlampe hinsichtlich der Energieeffizienz 49

50 Warum brauchen Energiesparlampen nun eigentlich weniger Strom? Geringe Wärmeentwicklung bei der Energiesparlampe 50

51 Wie viel spart man durch eine Energiesparlampe ein? 51

52 39.4Millionen Haushalte Rechenbeispiel Durchschnittlich circa 8 Glühlampen pro Haushalt Millionen Glühbirnen in Deutschland Durchschnittliche Brennzeit: circa 4 h (1/8 eines Tages) Einsparpotential pro Glühbirne: etwa 48 Watt 52 ~ Gigawatt Einsparungspotential

53 Wenn 50% der Glühlampen umgetauscht werden 912 Megawatt werden eingespart Das Kernkraftwerk Isar 1 kann getrost abgeschaltet bleiben 53

54 54 FFrauenhoferinstitut System- und Inovationsforschung 2006

55 55 Frauenhoferinstitut System- und Inovationsforschung 2006

56 Zusammenfassung Energiesparlampen sind effizienter, da sie weniger Wärme produzieren Es gibt gute Alternativen zur Glühbirne Die Zukunft liegt bei Leds und Oleds 56

57 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 57

58 Folien Zeitleiste: Glühbirne: Thomas Edison: Quecksilberdampflampe: Peter Cooper Hewitt: Leuchtstoffröhre: Logo GE: Edmund Germer Rote LED: Nick Holonyak: Erste Kompaktleuchtstoffröhre: Logo Philips: Blaue LED: Glühbirne: EU Flagge: Quellen Wichtige Quellen: