INHALT:
- Was beeinflusst den Helligkeitsabfall?
- Wie kann man den Helligkeitsabfall verhindern?
- LED-Streifen ohne Helligkeitsabfall
Ein sehr häufiges Problem bei größeren Installationen mit LED-Streifen, z.B. 10m oder 20m Länge, ist der Helligkeitsabfall. Am Anfang der Strecke leuchten die LEDs noch sehr hell, zum Ende hin werden Sie aber immer dunkler und gehen eventuell sogar komplett aus.
Nachfolgend ein extremeres Beispiel mit einem 15m langen COB-LED-Streifen:
Die Helligkeit der LEDs wurde hier alle 2m gemessen und sie fällt bis zum Ende der Strecke auf unter 10% ab. Wo zu Beginn die LEDs noch hell strahlen, glimmen sie am Ende nur noch.
Die Ursache für diesen Helligkeitsabfall ist in der Grafik direkt mit angegeben. Es ist der Spannungsabfall, der über die Länge des LED-Bandes entsteht.
Der LED-Streifen wird mit konstant 24 Volt versorgt. Mit jedem weiteren Zentimeter Kupferleitbahn auf dem LED-Band, mit jeder LED und jedem kleinen Vorwiderstand fällt die Spannung ein wenig ab, so dass am Ende der 15m Strecke nur noch 20,8 Volt übrig sind. Da LEDs eine exponentielle Strom-Spannungskennlinie haben und die Helligkeit linear mit der Stromstärke abnimmt, entsteht ein massiver Helligkeitsabfall über dem LED-Band.
Was beeinflusst den Helligkeitsabfall?
Neben der Länge des LED-Bandes hat die Versorgungsspannung einen sehr großen Einfluss auf den Helligkeitsabfall. So zeigen 12V LED-Bänder bei gleicher Leistung einen viel deutlicheren Spannungsabfall als 24V LED-Streifen. Noch extremer ist es bei 5V LED-Streifen, bei denen meist schon nach 2m die Helligkeit deutlich abgefallen ist. Für größere Installationen empfehlen sich daher generell immer 24V LED-Streifen.
Ein weiterer Faktor ist, wie viele LED pro Meter auf dem LED-Band verbaut sind. Je dichter ein LED-Band mit LEDs bestückt ist, desto gravierender ist meist auch der Helligkeitsabfall. Als Beispiel oben das Bild mit den 15m COB-LED-Band bei dem über 500 winzige LEDs pro Meter verwendet werden. COB-LED-Bänder zeigen daher stets einen sehr deutlichen Helligkeitsabfall.
Weiterhin hat die Anzahl der LEDs pro LED-Band-Segment einen sehr großen Einfluss.
Alle LED-Bänder sind in Segmenten aufgebaut und nur zwischen diesen Segmenten kann man das LED-Band durchschneiden (häufig ist ein kleines Scherensymbol und eine schwarze Linie aufgedruckt). 12V LED-Streifen arbeiten oft mit 3 LEDs pro Segment, 24V LED-Streifen mit 6 LEDs.
Um die Effizienz eines LED-Streifens zu steigern, werden jedoch vermehrt auch 7, 8 oder gar 9 LEDs in einem Segment verbaut (bei 24V). Der Aufbau ist so effizienter, aber der Spannungsabfall wird gravierender.
Sehr effiziente LED-Streifen haben daher häufig größere Probleme mit dem Spannungsabfall als weniger effiziente LED-Bänder.
Ein letzter Punkt ist die Wärmeentwicklung am LED-Band. Jedes LED-Band heizt sich im Betrieb auf und je höher die Temperatur ist, desto höher wird auch der Widerstand und damit der Spannungs- und Helligkeitsabfall. Eine erhöhte Wärmeentwicklung entsteht natürlich bei Verwendung minderwertiger (oder gar keiner!) Aluprofile, aber auch einfach bei LED-Streifen mit höherer Leistung. So wird ein ultrahelles LED-Band mit 20 Watt/m Leistungsaufnahme i.d.R. schneller einen Helligkeitsabfall zeigen, als ein solches mit nur 10 Watt/m.
Wie kann man den Helligkeitsabfall verhindern?
Der Spannungsabfall auf dem LED-Band führt nicht nur zu einem mehr oder weniger deutlich sichtbaren Helligkeitsabfall. Es entsteht dabei auch eine sehr hohe Stromstärke auf dem Band, was die verbauten Komponenten unnötig aufheizen kann. Daher sollte ein zu hoher Spannungsabfall generell vermieden werden.
Die 5m-Faustregel
Die 5m-Faustregel besagt, dass möglichst keine LED auf dem LED-Band deutlich über 5m von einer Spannungseinspeisung (also dort, wo ein Kabel auf das LED-Band trifft) entfernt sein sollte. Bei einigen LED-Streifen kann man davon auch abweichen und 6m, 7m oder gar 8m sind okay. (Dies gilt für 24V LED-Streifen. Bei 12V und ganz sicher 5V können es deutlich weniger Meter sein)
Verkabelung bei größeren LED-Installationen
Das bedeutet nun, dass man bei längeren LED-Installationen die Verkabelung entsprechend plant. So kann ein 10m langer LED-Streifen die Spannungszuführung genau in der Mitte erhalten (siehe Bild oben) – die 5m-Faustregel ist erfüllt. Ist die Kabelzuführung in der Mitte nicht realisierbar, sollte man am Anfang und Ende des 10m LED-Streifens jeweils Spannung zuführen.
Hierzu ein Beispiel mit einem 10m langen 24V RGBW-LED-Streifen:
Mit nur einseitiger Einspeisung sinkt die Spannung und damit die Helligkeit über die Länge deutlich. Am Ende des 10m LED-Bandes sind nur noch 64% Lichtstrom im Vergleich zu Anfangshelligkeit übrig. Ein LED-Band mit engerer LED-Bestückung und ganz besonders eines mit nur 12V Spannung hätte hier einen noch viel deutlicheren Lichtabfall gezeigt.
Hier nun der selbe Aufbau, aber mit beidseitiger Spannungseinspeisung:
Hier sinkt die Helligkeit auf max. 84% – dann etwa in der Mitte des LED-Streifens. Dies ist nicht mehr wahrnehmbar, da der leichte Abfall ja auch graduell verläuft.
Das größte Problem entsteht sowieso immer, wo 2 LED-Streifen aufeinander treffen. Haben Sie z.B. ein langes LED-Band, dessen Ende nur noch 64% Helligkeit aufweist (wie im obigen Beispiel) und daran schließt sich direkt ein neues LED-Band an, dass durch eine neue Spannungseinspeisung wieder 100% Helligkeit aufweist, so ist dieser „Bruch“ natürlich sichtbar. Ein allmählicher Helligkeits-Abfall um 10 oder auch 20% über mehrere Meter LED-Band ist hingegen kaum wahrnehmbar.
Das häufigere Einspeisen der Spannung in ein LED-Band ist also in jedem Fall zu empfehlen! Dabei müssen nicht jedes mal neue Netzteile und Controller gesetzt werden, sondern die Stromaufteilung kann von nur einem Gerät z.B. über WAGO-Klemmen u.ä. erfolgen:
Spannungsabfall bei Versorgungskabeln
Eventuell haben Sie sich schon gefragt, warum beim obigen Beispiel mit beidseitiger Spannungseinspeisung rechts bei „10m“ nur 93% Helligkeit erreicht werden und nicht 100%.
Dies liegt daran, dass natürlich auch über die Versorgungskabel, die zu den Einspeisestellen geführt werden, etwas Spannung abfällt. Bei längerer Kabeln können dies durchaus beträchtliche Spannungsrückgänge sein, insbesondere wenn eine sehr hohe Stromstärke über das Kabel transportiert wird.
Mit entsprechend dickeren Kabeln mit größeren Querschnitten kann man den Spannungsabfall minimieren. Hierfür gibt es im Netz diverse Rechner, die einem bei der Auswahl des passenden Kabelquerschnitts helfen:
LED-Streifen ohne Helligkeitsabfall
Die Verkabelung mit mehrfacher Einspeisung kann sehr aufwendig sein. Die Frage ist daher, ob es nicht auch LED-Streifen gibt, die gänzlich ohne Helligkeitsabfall funktionieren?
230V LED-Streifen
Wir haben bereits gelernt, dass, je höher die Spannung ist, desto geringer ist der Spannungsabfall. Aus diesem Grund wurden vor einigen Jahren sogenannte 230V-LED-Streifen entwickelt. Diese werden direkt an der Hausspannung – also 230V Wechselstrom – angeklemmt. Ein kleiner Gleichrichter stabilisiert die Spannung, so dass die LEDs dann mehr oder weniger stabil arbeiten.
In der Tat sind mit 230V-LED-Streifen sehr große Längen ohne erneute Spannungseinspeisung realisierbar. 20m am Stück z.B. sind kein Problem. Allerdings haben 230V-LED-Streifen auch einige Nachteile:
- Mögliche Flickereffekte, insbesondere wenn gedimmt werden soll.
- Nur in sehr großen Abständen teilbar (z.B. alle 1m).
- Lebensgefährliche Spannung! Änderungen und Anpassungen darf nur eine Elektro-Fachkraft durchführen.
- Nur mit Silikonüberzug einsetzbar, was die Lebensdauer der LEDs verringert.
Weitere Hinweise und Tips haben wir in einem gesonderten Artikel zusammengefasst:
Generell sehen wir den Einsatz von 230V LED-Streifen nur im Außenbereich, z.B. im Garten, da hier i.d.R. keine so enge Teilbarkeit notwendig ist, ein Silikonüberzug als Wetterschutz sowieso nötig wird und ein eventuelles, leichtes Flickern weniger stört.
In Innenräumen empfehlen wir 230V LED-Streifen nicht. Hier gibt es deutlich geeignetere Lösungen!
LED-Streifen mit Konstantstromquellen
Eine noch eher neue Entwicklung sind LED-Streifen mit eingebauten Konstantstromquellen, kurz KSQ.
Die sind normale LED-Streifen, meist mit 24V-Versorgungsspannung, in jedem Segment sind aber winzig kleine Konstantstromtreiber verbaut.
Man erkennt Sie an den 3 kleinen Lötkontakten. Normale Vorwiderstände haben nur 2 Kontakte.
Diese kleinen KSQ können in einem weiten Spannungsbereich arbeiten (z.B. von 19V – 28V) und versorgen in diesem Bereich die nachfolgenden LEDs stets mit einem stabilen Betriebsstrom. Dadurch haben die LEDs immer die selbe Helligkeit, auch wenn die Spannung über das LED-Band deutlich abfällt.
Hier ein Beispiel mit einem 10m langen LED-Band mit eingebauten KSQ:
Das LED-Band ist nur einseitig mit Spannung versorgt und nach hinten hin fällt die Spannung deutlich auf fast 19V ab. Die Konstantstromtreiber gleichen dieses aber aus und so sind nach 10m Länge und nur noch 19,2V Spannung immer noch 99% Lichtstrom im Vergleich zur Anfangshelligkeit messbar.
In der Mitte steigt die Helligkeit sogar leicht um einige Prozent, was aber nicht wahrnehmbar ist.
Die LED-Streifen mit KSQ können dabei genauso eingesetzt werden, wie LED-Streifen ohne KSQ. Die selben Netzteile, die selben Controller. Die PWM eines LED-Controllers (um die LEDs zu Dimmen) beeinflusst die KSQ in keinster Weise und umgekehrt. Wir haben selbst ultraschnelle LED-Controller mit 30.000Hz PWM für den Filmbereich erfolgreich getestet.
Von daher gibt es keine wirklichen Nachteile beim Einsatz von LED-Streifen mit KSQ, außer dass diese ein wenig teurer sind und insgesamt mehr Leistung ziehen, da die KSQ ja alle Verlustleistungen (am LED-Band selbst, aber auch über die Versorgungskabel) ausgleichen. Planen Sie hier also mit etwas mehr Reserve bei Netzteilen und LED-Controllern.
