LED Energetische und qualitative Eigenschaften

Transkript

1 Innovative Beleuchtung - LED LED Energetische und qualitative Eigenschaften

2 Agenda 1. Arten elektrischer Lichtquellen 2. Eigenschaften von LEDs 3. Lichttechnische Größen 4. Retrofitkonzepte - Hinweise 5. Quellen

3 1. Arten elektrischer Lichtquellen Glühlampe (1906) Leuchtstofflampe (1938) Halogen-Glühlampe(1958) Kompaktleuchtstofflampe(1980) High Flux LED (1999) OLED Natriumdampf- Niederdrucklampe / Quecksilber- Hochdrucklampe (1932) GaN LED (blau) (1994) Metalldampflampe (1964) GaAsP LED (rot) (1962) Quelle: [hei12]

4 1. Arten elektrischer Lichtquellen Thermische Strahler Glühlampen, Halogenglühlampen Kohlebogenlampen Nernstlampen Nicht thermische Strahler Gasentladungsröhren Leuchtdioden

5 1. Arten elektrischer Lichtquellen Funktionsweise thermischer Strahler Edelgasfüllung Filament aus W Sublimation 95 % Wärmeverl h (Ld.) Quelle: [eid14]

6 1. Arten elektrischer Lichtquellen Funktionsweise Gasentladungsröhren Leuchtstoff- Metalldampf- Sparlampen Quecksilber Quelle: [hdi14] Hohe Spannung ( V) Argon, Krypton (Leuchtstoffe) Einschaltverzögerung (temperaturabhängig) 26 % Licht, 74 % Wärme

7 1. Arten elektrischer Lichtquellen Funktionsweise Leuchtdioden (LED) Kristall Kunststofflinse Draht Trägerplatte Substrat Anode Pluspol Stromrichtung Kathode Minuspol LED-Chip Bond-Draht Phosphorschicht Quelle: [min12], [wil14] Halbleiterschichten untersch. Dotierung Kleine Spannungen Wellenlänge abhängig vom Material Lichtstärke wächst proportional zur Stromstärke

8 1. Arten elektrischer Lichtquellen LED Gasentladung Glühbirne Leistungsaufnahme 3 W 9 W 40 W Lebensdauer h h h Lichtfarbe kalt warm kalt warm Wärmeverlust sehr gering 75 % 95 % Sofortstart ja nein ja Stoßempfindlichkeit gering hoch sehr hoch Zyklenempfindlichkeit keine sehr hoch keine CO 2 Emission * 82, 12 kg 246, 37 kg 1095 kg Entsorgung Hausmüll Sondermüll Hausmüll * 0,5 kg/kwh; 6 h/tag; t=25 Jahre Quelle: [lwl14]

9 2. Eigenschaften von LEDs Typen von LEDs Bedrahtete LEDs Einfache Signalanzeigen COB-LEDs (Chip-on-Board) Leistungsstarke, eng bepackte LED-Module SMD-LEDs (Surface Mounted Devices) Geklebt, kontaktiert und verkapselt (häufig) Retrofit LED-Module Steck oder Schraubsockel für bestehende Leuchten

10 2. Eigenschaften von LEDs Farben von LEDs Glühbirne Tageslicht LEDs gelborange blau blaugrün grün rot rotorange 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm Quelle: [osr14], [uwg14]

11 2. Eigenschaften von LEDs Farben von LEDs Farbe Infrarot Rot Orange Gelb Grün Blau Violett Ultraviolett Werkstoff GaAs, AlGaAs AlGaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP GaAsP, AlGaInP, GaP GaAsP, AlGaInP, GaP InGaN, GaN, GaP, AlGaInP, AlGaP ZnSe, InGaN, SiC InGaN C (Diamant), AlN, AlGaN, AlGaInN Quelle: [mes08]

12 2. Eigenschaften von LEDs Farben von LEDs Photolumineszenz Weißes Licht Leuchtschicht LED Chip Additive Farbmischung Konversionsschicht Blaues Licht Quelle: [osr14] Sven Killing 2009

13 3. Lichttechnische Größen Lichtstrom [lm] Lichtstärke I [cd] Beleuchtungsstärke E [lx] Leuchtdichte L [cd/a] Lichtfarbe / Farbtemperatur [K] Lebensdauer [h] Leistung P [W] Lichtausbeute/Effizienz [lm/w] Farbwiedergabeindex R a

14 3. Lichttechnische Größen Lichtstrom [lm (Lumen)] Vom Auge wahrgenommene Helligkeit Lichtleistung Lichtquelle in alle Richtungen Art des Lichtes wird nicht beschrieben Nicht aussagekräftig bei gerichtetem Licht 100 W Glühbirne: ~ lm Einzel-LED: ~18 30 lm Quelle: [rie14]

15 3. Lichttechnische Größen Lichtstärke I [cd=lm/sr=lumen/steradiant] Lichtstrom bezogen auf Raumwinkel Berücksichtigt Abstrahlcharakteristik 100 W Glühbirne ~90 cd ( ) 160 cd ( ) Lichtverteilung wird oft grafisch angegeben

16 3. Lichttechnische Größen Leuchtdichte [cd/a] Lichtstärke die von einer bestimmten Fläche Wie hell empfindet man eine Lichtquelle (Blenden) Leuchtdichte [cd/m²] Sonne am Mittag W Glühlampe klar W Glühlampe matt Kerze Quelle: [fsc14]

17 3. Lichttechnische Größen Beleuchtungsstärke E [lx=lm/a] Lichtstrom bezogen auf eine Fläche Lux-Richtwerttabellen für versch. Lokalitäten E [lx] Sonnenlicht Arbeitsplatz Straßenbeleuchtung 10 Mondlicht 1 Quelle: [pre14]

18 3. Lichttechnische Größen Farbe / Farbtemperatur [K] Quelle: [sol14] Quelle: [sol14]

19 3. Lichttechnische Größen Farbwiedergabeindex R a Qualität der Farbwiedergabe im Licht Idealer Wert 100 (nicht unter 80 im Innenbereich) Quelle: [llb89] Quelle: [whc14]

20 3. Lichttechnische Größen Lebensdauer [h oder y] Umrechnung oft 1y=1000h Zyklen Netzteile! Leistung P [W] Lichtausbeute / Effizienz [lm/w] Quelle: [fvo14]

21 3. Lichttechnische Größen Beispiele

22 3. Lichttechnische Größen Beispiele

23 4. Retrofit Konzepte Nachteile Abstrahlwinkel nicht berücksichtigt Blende / Optik passt nicht zum Leuchtmittel Dimmfunktion eingeschränkt oder inaktiv Wärmeabfuhr der Elektrik evtl. nicht gegeben Bei Röhren gibt es vorgetäuschte Retrofits Gewichtsunterschiede (Grenzen Aufhängung) Geräusche und Flimmern bei Dimmfunktion

24 4. Retrofit Konzepte Vorteile Geringerer Stromverbrauch Lange Lebensdauer Keine Einschaltverzögerung Zyklenunabhängigkeit Lichtspektrum beliebig wählbar Vergleichsweise geringe Investition Es gibt zertifizierte und geprüfte Lampen VDE, EMC, CE, RoHS, IP20

25 4. Retrofit Konzepte Hinweise Nur echte Retrofit-Modelle sind geeignet Kein Umbau der Lampe (Starter)! Vorschaltgeräte NICHT entfernen / überbrücken Schutzklassendeklaration Gleiche Spannungswerte P (LED) <= P(Leuchtstoff) TÜV / VDE Zertifiziert als Retrofit

26 4. Retrofit Konzepte 4 5

27 5. Quellen [hei12] Roland Heinz, LED in Außenleuchten, Stadt- und Außenbeleuchtung 2012, Dresden [eid14] ( ) [hdi14] ( ) [wil14] ( ) [min12] Jörg Minnerup; Energieeffiziente Beleuchtung in Gebäuden: EnEV 2013 und DIN V 18599:2011; LICHT 20 12; 20. Gemeinschaftstagung; Tagungsort Berlin; 2012 [lwl14] ( ) [uwg14] ( ) [osr14] ( ) [mes08] Meschede, Dieter: Optik, Licht und Laser. 3. durchges. Aufl Berlin: Springer DE, 2008 [rie14] ( ) [pre14] ( ) [fsc14] ( ) [fvo14] ( ) [sol14] ( ) [whc14] ( ) [llb89] Lexikon Licht- und Beleuchtungstechnik. Verlag Technik, Berlin 1989

28 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit