Was sind Ultra-long LED-Streifen? „Ultra-long“ ist ein Marketingbegriff, der das Problem des Spannungs- und Helligkeitsabfalls bei LED-Streifen adressiert.


INHALT:


Problematik: Spannungs- und Helligkeitsabfall

LED-Streifen gibt es im Standard auf 5m-Rollen, aber auch längere Strecken sind realisierbar, z.B. indem direkt große Rollen (10m, 20m und mehr sind erhältlich) erworben werden oder mehrere Rollen miteinander verbunden werden.

Hierbei kommt es jedoch zu einem Problem, denn über die Länge des LED-Bandes fällt die Spannung immer weiter ab. Liefert das Netzteil z.B. 24V, so erhalten die ersten LEDs auf dem LED-Band auch noch 24V. Nach 5m, 10m oder mehr ist die Spannung aber deutlich abgefallen und damit i.d.R. auch die Helligkeit. Hier ein Beispiel mit 15m COB-LED-Band:

Spannungs- und Helligkeitsabfall bei 15m COB-LED-Band

Je länger das LED-Band, desto deutlicher wird der Helligkeitsabfall. Sehr lange Strecken lassen sich so mit nur einer einseitigen Spannungseinspeisung nicht sinnvoll realisieren.

Abhilfe schaffen regelmäßige neue Spannungseinspeisungen, die aber einen erhöhten Verkabelungsaufwand bedeuten und natürlich auch den entsprechenden Platz für die Kabel benötigen.

In einem separaten Blog-Beitrag haben wir die Problematik Spannungs- und Helligkeitsabfall noch genauer beschrieben und zeigen Beispiele:

Möglichkeiten für Ultra-long LED-Streifen

Ultra-long LED-Streifen haben also das Ziel, den Spannungs- bzw. den Helligkeitsabfall zu minimieren. So sollen dann auch längere LED-Strecken ohne neue Spannungseinspeisung möglich sein.

Es gibt eine Reihe Methoden, den Spannungs- bzw. Helligkeitsabfall zu reduzieren, die allesamt auf physikalischen Grundlagen der Elektrizität und LED-Technologie beruhen. Die einzelnen Methoden möchten wir kurz vorstellen und bewerten:

1) Höhere Betriebsspannung

Die Betriebsspannung hat einen erheblichen Anteil am Spannungsabfall. Hierfür lohnt ein Blick auf die Formel, mit der sich der Spannungsabfall berechnen lässt:

Spannungsabfall bei Gleichspannung

Die Spannung U steht hier im Nenner. Eine doppelt so hohe Spannung halbiert damit den Spannung- und Helligkeitsabfall.

Typische Spannungswerte bei LED-Streifen sind 12V und 24V. Das Verwenden von 24V LED-Streifen anstatt 12V Typen kann den Spannungsabfall also schon einmal um 50% senken.

Die Erhöhung der Betriebsspannung lässt sich natürlich noch weiter steigern. So gibt es mittlerweile eine gewisse Auswahl an 48V LED-Streifen und auch die passenden Netzteile dafür. Der Spannungsabfall wird durch die 48V Spannung weiter gesenkt und es lassen sich längere LED-Installationen ohne neue Spannungseinspeisung realisieren.

Eine weitere Steigerung dazu sind die 230V LED-Streifen, die direkt an das 230V Wechselspannungsnetz (normales Hausnetz) angeschlossen werden. Mit 230V haben diese einen fast verschwindend geringen Spannungsabfall, dafür aber einige andere Nachteile, die wir in einem separaten Blog-Beitrag zusammengefasst haben.

2) Dickere Kupferschicht auf dem LED-Band

Schaut man sich die Formel zur Berechnung des Spannungsabfalls oben genauer an, gibt es hier natürlich noch weitere Faktoren, die ggf. für Ultra-long LED-Streifen genutzt werden könnten.

Ein wichtiger Faktor ist dabei die elektrische Leitfähigkeit und die verwendetet Materialstärke.

Entfernt man einmal das rückseitige Klebeband bei einem LED-Streifen, erkennt man den Aufbau mit den Kupfer-Leitbahnen. Hochwertige LED-Streifen verwenden 2 Kupferschichten (sogenannte „Double-Layer„), einmal unter- und einmal oberhalb des Trägermaterials.

Wichtig ist dann weiterhin die Reinheit des Kupfers (99,99% bei Qualitäts-LED-Streifen) und die Schichtdicke.

Kupfer Leiterbahnen bei einem LED-Band

Ein Standardwert sind hier 2oz (=2 ounce – englische Gewichtsangabe, 2oz entsprechen ca. 60g Kupfer pro Meter LED-Band). Billige LED-Streifen verwenden aber auch mal nur 1 oder 1.5oz (teilweise auch nur als Single-Layer), um Produktionskosten zu sparen. Dünne Kupferschichten erhöhen den Spannungsabfall und reduzieren auch die Wärmeleitfähigkeit des LED-Bandes und damit die Lebensdauer.

Ultra-Long LED-Streifen lassen sich nun durch besonders dicke Kupferschichten realisieren. Hier werden anstatt 2oz auch mal 4oz oder gar 5oz eingesetzt – je nach Leistung der LEDs. Dadurch lässt sich der Spannungs- und Helligkeitsabfall signifikant reduzieren und es sind längere Installationen ohne neue Spannungseinspeisung machbar.

3) Eingebaute Konstantstromquellen

Eine weitere Möglichkeit für Ultra-Long LED-Streifen macht sich die Ansteuerung von LEDs zu Nutze. LEDs werden im besten Fall nicht über eine konstante Spannung betrieben, sondern über einen konstanten Strom. HighPower-LEDs, z.B. bei LED-Spots u.ä. werden ausnahmslos mit einem definierten Konstantstrom (typisch sind 350 oder 700mA) betrieben.

Gewöhnliche LED-Streifen hingegen nutzen platzbedingt nur die definierte Betriebsspannung (12V oder 24V z.B.), wodurch sich das Problem des Spannungs- und Helligkeitsabfalls ergibt.

Seit einigen Jahren gibt es aber nun auch LED-Streifen mit miniaturisierten Konstantstromquellen (kurz KSQ). Man erkennt Sie an den kleinen schwarzen Bauteilen mit 3 Lötbeinen auf dem LED-Band.

Auch in den LEDs direkt integrierte KSQ sind bereits verfügbar.

LED-Streifen mit Konstantstromquellen
LED-Band mit kleinen KSQ

Diese Konstantstromquellen können in einem weiten Spannungsbereich arbeiten und geben immer den identischen Strom (z.B. 15mA) für die LEDs aus. Die LEDs leuchten so mit konstant gleicher Helligkeit, egal ob die Spannung auf dem LED-Band abfällt. Die KSQ gleichen den Spannungsabfall sozusagen für die LEDs aus.

Dies funktioniert bis zu einer gewissen Mindestspannung sehr gut. Als Beispiel ein 10m LED-Band mit verbauten Konstantstromquellen und nur einseitiger Einspeisung:

Konstante Helligkeit durch eingebaute KSQ

Obwohl die Spannung bereits auf 19,2V abgesunken ist, können die KSQ immer noch einen gleichbleibenden Strom für die LEDs liefern und so die Helligkeit konstant halten. Sinkt die Spannung jedoch unter einen Mindestwert (hier 19V) bricht die Helligkeit sofort deutlich ein.

Miniaturisierte Konstantstromquellen (KSQ) sind also eine weitere Möglichkeit, ultra-long LED-Streifen zu realisieren.

Kombination & Fazit

Alle 3 Methoden, also:

  • das Verwenden einer hohen Betriebsspannung, z.B. 48V
  • der Einsatz besonders dicker Kupferschichten (4 oder 5oz)
  • der Aufbau des Bandes mit integrierten Konstantstromquellen (KSQ)

lassen sich natürlich auch kombinieren. So kann ein LED-Band dann insbesondere wenn es nicht zu viel Leistung zieht (5 – 10 Watt/m) durchaus ultra-long eingesetzt werden und 20 oder gar 30m mit nur einer Einspeisung realisiert werden.

All dies ist natürlich auch eine Frage des Preises. Insbesondere dickere Kupferschichten und der Einsatz von Konstantstromquellen schlagen in einem deutlich erhöhten Meterpreis für das LED-Band zu Buche. Es sollte daher stets überlegt werden, ob ein ultra-long LED-Streifen oder eher doch eine häufigere Spannungseinspeisung z.B. bei einem normalen 24V LED-Band die bessere Wahl ist.

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