Hohe effizienz von LEDs nur eine Marketinglüge?

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Hohe effizienz von LEDs nur eine Marketinglüge?

    







BID = 51158

Calidus

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Beiträge: 291
Wohnort: Nördlich vom A*** der Welt
 

  


Mir ist aufgefallen, daß die Leuchtstärke von LEDs immer in Candela angegeben wird, bei Glühbirnen aber nur der Verbrauch in Watt draufsteht.

Bei weiteren Recherchen habe ich gesehen, daß man davon ausgeht, daß eine Glühbirne ungefähr 1 Candela pro Watt Lichtleistung abstrahlt.

Eine superhelle weiße LED mit 9 Candela müßte also etwa so viel Licht abgeben wie eine Glühbirne mit 9 Watt. Dieser Typ LED benötigt 4V und 30mA, verbraucht also 120mW. Die Glühbirne benötigt 75 mal so viel Leistung.

Das Problem: Wenn ich mit der Diode umherleuchte, sehe ich kaum etwas. Mit einer normalen 10W-Birne ist das dagegen nicht so.

Also habe ich weitergemacht und mal geschaut.
1 Candela ist 1lm/Raumwinkel. Pro Raumwinkel? Die LED hat einen eingebauten Reflektor mit 10° Öffnungswinkel! Die Einheit Candela ist aber unter der Annahme erstellt worden, daß die Lichtquelle in alle Richtungen gleichmäßig abstrahlt. Die LED jedoch ist wahrscheinlich nur im zentralen Lichtkegel gemessen worden.
Um die Entfernungsabhängigkeit zu verringern, wurde der Ausschnitt aus einer Kugelfläche genommen und gemessen, das fällt leichter als eine Rundummessung.
Man muß also die Leuchtstärke der LED schon mal durch alle nicht beleuchteten Flächen teilen, um auf Lumen zurückrechnen zu können. Da verliert die LED schon mal einiges von ihrem Effektivitätsnimbus.
Da ich nicht weiß, wie so eine Messung abläuft, kann jetzt leider nicht zurückrechnen, um auf den wahren Lichtstrom zu kommen.

Dann kommt noch etwas hinzu: Das Candela ist definiert als die Lichtstärke, die ein schwarzer Körper mit 1/60cm² Oberfläche bei der Temperatur 1769°C (geschmolzenes Platin) ausstrahlt.
Die Lichtleistung so eines schwarzen Körpers unterscheidet sich gravierend von der einer LED. Dieser schwarze Körper strahlt gleichmäßig über das gesamte Spektrum Licht ab, im höherfrequenten blauen Licht schwächelt er etwas. Das heißt, man hat schönes gemütliches Licht mit einem Gelbstich.

Die weißen LEDs bedienen gerade mal zwei bis drei Spektrallinien. So sieht es jedenfalls im Datenblatt aus, da ist ein Finger bei 470nm und ein etwas breiterer Finger bei 560nm zu sehen. Das Licht wirkt zwar weiß, aber unsere Augen arbeiten leicht anders.

Unsere Augen nehmen auch die Farben zwischen rot, grün und blau auf und nutzen sie. Davon wird dann halt der Rezeptor der Nachbarfarbe mit angeregt, wenn auch nicht so stark. Auch die schwarz/weißen Zellen, die für das Helligkeitsempfinden wichtig sind, nutzen beinahe das ganze Spektrum.

Das heißt im Klartext, eine weiße LED mit 1cd Leuchtstärke wirkt selbst in ihrem zentralen Ausleuchtbereich für unsere Augen schwächer und liefert auch weniger nutzbares Licht als der angesprochene Glühkörper, für den die Glühbirne ein gutes Beispiel ist.

Wenn man diese beiden Informationen zusammenzählt, die ich leider nur qualitativ, nicht quantitativ bewerten kann:

Kann man dann zu dem Schluß kommen, daß LEDs immer noch nicht so effizient wie Glühbirnen sind? Man versehe die Glühbirne mit einem Reflektor mit 10° Öffnungswinkel und messe gleichmäßig über das ganze Spektrum. Ist die Glühbirne dann besser als die LED?

BID = 51163

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
Kann man dann zu dem Schluß kommen, daß LEDs immer noch nicht so effizient wie Glühbirnen sind?

Nach meinen Informationen ist der Wirkungsgrad von weißen LEDs besser als der von Halogenlampen, erreicht aber noch nicht den von Leuchtstoffröhren.

Die Farbwiedergabe ist z.Zt ähnlich schlecht wie bei Leuchtstoffröhren, denn die Lichterzeugung funktioniert ähnlich: Ein fluorezierendes Farbstoffgemisch wird von kuzwelligem Licht (blau bei LED, hauptsächlich UV bei LS-Lampen) angeregt.

Vermutlich wird sich daran auch nicht viel ändern, denn der thermische Strahler Halogenlampe hat sein Emissionsmaximum im nahemn IR bis rot. Da das Auge hier eine schlechte Empfindlichkeit hat, wird viel Leistung für wenig Licht gebraucht.

Wenn man möglichst viel Lichteindruck / Watt elektrischer Energie anstrebt, muß man wohl darauf verzichten die uneffizienten Spektralbereiche rot und blau gleichmäßig auszuleuchten.

Man kann zwar die Leuchtstoffe der spektralen Characteristik der Sehzellen angleichen und für höchsten Wirkungsgrad im Prinzip mit drei Spektrallinien weißes Licht erzeugen, aber leider verlaufen die Remissionskurven der meisten Farbstoffe anders, so daß es dann kräftige Farbverfälschungen gibt.
Aus diesem Grund muß man in der Praxis zugunsten natürlicherer Farben auf Wirkungsgrad verzichten.

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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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BID = 51207

Calidus

Stammposter



Beiträge: 291
Wohnort: Nördlich vom A*** der Welt

Ich habe bis dato angenommen, der schlechte Wirkungsgrad der normalen Glühbirnen und Halogenlampen sei darauf zurückzuführen, daß zunächst der gesamte IR-Bereich mit ausgeleuchtet wird (Will sagen: Die Glühbirne wird als Heizung betrieben), bevor auch nur ein einziges Photon sichtbares Licht entsteht.

Das heißt dann aber wohl, weil blau und tiefrot vom Auge schlechter wahrgenommen werden, muß man darauf verzichten, diese Bereiche auszuleuchten, wenn man effizient sein will?

Das Problem dabei ist aber, wie Du schon sagtest, daß manche Farbstoffe zwar genauso farbig wirken wie andere, aber dabei ein leicht anderes Wellenlängengemisch reflektieren. So kann es sein, daß ich das Rot vom Kabel im LED-Licht noch sehe, das Rot vom Stecker aber nicht mehr ganz so gut.

Und das meinte ich. Man muß doch wohl das gesamte sichtbare Spektrum ausleuchten, wenn man wohnliches Licht erreichen will. Was nützt es mir, wenn die LED weniger verbraucht, wenn ich in dem Licht die Farben nicht mehr erkennen kann?

Und das ist mein weiterer Ansatz: Ich nehme so viele verschiedenfarbige LEDs, bis ich eine angemessene Ausleuchtung des Spektrums habe. Wenn ich das dann mit einer 10°-Reflektor-Glühbirne vergleiche (Autoscheinwerfer?), komme ich dann wirklich immer noch auf bessere Werte?
Wenn ich mir die LED-Datenblätter ansehe, komme ich zu dem Schluß, daß ich dazu recht viele LEDs brauchen würde, auch in Farbbereichen die es zur Zeit noch nicht zu kaufen gibt. (Hellrot, Gelbgrün, etc)

Ich würde fast vermuten, daß der Vorsprung der LED schrumpft, und sie tatsächlich eher in einem Leistungsband mit Glühbirnen wiederzufinden sein wird. Vielleicht irgendwo am oberen Ende, aber der Unterschied wird nicht mehr so deutlich, wie der Eingangs erwähnte 75:1 Unterschied vermuten läßt.


BID = 51221

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Ich habe bis dato angenommen, der schlechte Wirkungsgrad der normalen Glühbirnen und Halogenlampen sei darauf zurückzuführen, daß zunächst der gesamte IR-Bereich mit ausgeleuchtet wird

Das ist auch so. Man kann tatsächlich Energie einsparen, wenn man diesen Bereich, der ja ohnehin unsichtbar ist, nicht beleuchtet.
Seit einiger Zeit gibt es deshalb IR-reflektierend beschichtete Lampenkolben. Dann bleibt die IR-Strahlung weitgehend in der Lampe. Trotzdem bleiben bei den diversen Glühlampen hohe Verluste durch die Wärmeleitung des notwendigen Füllgases. Mir ist nicht bekannt, ob es Glühlampentypen gibt, bei denen man den eigentlichen Lampenkolben in ein evakuiertes Gefäß gebaut hat.

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BID = 51506

hannoban

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Zitat :
Seit einiger Zeit gibt es deshalb IR-reflektierend beschichtete Lampenkolben. Dann bleibt die IR-Strahlung weitgehend in der Lampe.


Leider ist mir grade völlig unklar, was das überhaupt bringt . In der Glühbirne entsteht dann eine überaus ENORME hitze, aber Ziel sollte es doch eigendlich sein, die Infrarot-Anteile in sichtbares Licht umzuwandeln, oder?

Wär cool wenn mir das jemand erklären könnte, danke.

MfG hannoban

BID = 51515

Calidus

Stammposter



Beiträge: 291
Wohnort: Nördlich vom A*** der Welt

Der Draht wird so weit aufgeheizt, bis er weiß glüht. Dadurch kriegen wir weißes Licht.

Je mehr Wärme verloren geht, desto mehr Leistung muß aus dem Netz nachgezogen werden, um ihn wieder auf Temperatur zu bringen.

Verhinderst Du, daß die Wärme verloren geht (IR-Reflektor), brauchst Du weniger Energie, um ihn auf Betriebstemperatur zu halten.

BID = 51521

hannoban

Schreibmaschine



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Hmm... sogesehen eigendlich sehr einleuchtend. Ich hätte nur nicht gedacht, daß das so viel ausmacht. Und selbst die weißeste Weißglut dürfte noch einiges an Infrarot ausstrahlen, wo selst ein Wolfram-Glühfaden kurz vor dem Schmelzpunkt ist. Naja wird wohl doch einiges bringen. Danke...

MfG hannoban


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