Vor- und Nachteile effizienter LED-Streifen

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INHALT:

• Hocheffiziente LED-Streifen
• Welche LED-Streifen haben die höchste Effizienz?
• Effizienzunterschiede bei weißen LEDs
• Effizienz-Tricks bei LED-Streifen
• Effizienz oder Gleichmäßigkeit?

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Eine effiziente Lichtquelle bietet einen Vorteil, der ganz klar auf der Hand liegt:

Sie spart Energie und damit Kosten im täglichen Einsatz.

Daneben gibt es weitere Vorteile, die dem ein oder anderen eventuell nicht sofort in den Sinn kommen:

• Wir können bei gleicher Helligkeit ggf. kleinere Netzteile und LED-Treiber verwenden, da wir einfach weniger Leistung benötigen. Dies spart Kosten bei der Installation und die Bauteile benötigen weniger Platz.
• Durch die geringere benötigte Leistung können ggf. Kabelquerschnitte der Versorgungskabel kleiner ausfallen oder wir benötigen sogar generell weniger Kabel (Stichwort: Spannungsabfall)

Dass hocheffiziente LED-Streifen aber (neben dem meist höheren Preis) aber auch auf technischer Seite einen Nachteil haben, ist den wenigsten bewusst. Dies hängt mit dem Aufbau hocheffizienter LED-Bänder zusammen und ist etwas komplexer in der Erklärung. Wir behandeln diesen Nachteil daher erst weiter unten in einem separaten Abschnitt. Besonders für größere LED-Installationen ist dies aber ein überaus relevanter Punkt!

Schauen wir uns zuerst aber einmal ein, welche Effizienz-Werte wir aktuell bei LED-Streifen erreichen.

Hocheffiziente LED-Streifen

LED-Streifen werden heute mit Effizienzwerten von 100lm/W und deutlich darüber beworben. Selbst Modelle mit 200lm/W werden angeboten, wobei bei allen derartigen Angaben immer auch eine gesunde Skepsis mitschwingen sollte. Dem normalen Endkunden ist es schließlich i.d.R. nicht möglich, die Angaben belastbar zu überprüfen.

Dennoch haben wir mit modernen LEDs, insbesondere weißen LEDs, eine hocheffiziente Lichtquelle. Hier einige traditionelle Lichtquellen im Vergleich zu modernen LEDs:

Im Vergleich zur traditionellen Glühlampe erreichen moderne LEDs also durchaus die 10 – 20 fache Helligkeit. Das bedeutet, dass für den Lichtstrom einer 100 Watt Glühlampe ggf. LEDs mit nur 10 oder gar 5 Watt genügen können. Zu beachten ist hierbei aber natürlich immer auch der Aufbau der fertigen Lichtquellen (z.B. LED-Steifen in einem Aluprofil mit milchiger Abdeckung) und die Verluste durch die Ansteuerung (mit LED-Treibern etc.). Fallen Sie nicht auf völlig übertriebene Marketing-Versprechen der Industrie herein. Mit der 10-fachen Effizienz kann man aber i.d.R. gut rechnen.

Auch im Vergleich zu Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen weißen LEDs i.d.R. eine deutlich höhere Effizienz auf. Da aber gerade die klassischen Leuchtstoffröhren (wie T5 oder T8) durchaus schon hohe Effizienzwerte von bis zu 100lm/W erreichen können, ist die Stromersparnis beim Umstieg auf LED nicht so signifikant, wie im Vergleich zu Glühlicht.

Welche LED-Streifen haben die höchste Effizienz?

Nicht alle Arten von LED-Streifen erreichen Effizienzwerte von 100lm/W und mehr.

Anders sieht dies bei modernen weißen LED-Streifen aus. Das weiße LED-Licht liegt zu einem großen Teil innerhalb der höchsten spektralen Empfindlichkeit unseres Auges und da weiße LEDs in riesigen Stückzahlen am Markt benötigt werden, investiert die Industrie hier auch das meiste Forschungsgeld in Effizienzsteigerungen.

Effizienzunterschiede bei weißen LEDs

Innerhalb der weißen LEDs gibt es hier noch einmal Unterschiede. Das weiße Licht wird durch einen Auftrag von Phosphor auf ursprüngliche blaue LED-Chips erzeugt. Mehr Phosphor bringt das Licht weiter in Richtung Warmweiß und damit auch etwas vom spektral empfindlichsten Bereich unseres Auges weg. Daher sind warmweiße LEDs im direkten Vergleich etwas weniger effizient als neutralweiße und kaltweiße LEDs. Hier ein direkter Vergleich ansonsten identischer LED-Bänder:

Wir sehen, dass die neutralweiße Variante eine etwa 120lm/m höhere Helligkeit aufweist, was eine Steigerung von ca. 14% entspricht. 14% sind in der Lichtplanung ein eher geringer Unterschied und von einem durchschnittlichen Menschen nur im direkten Vergleich überhaupt wahrnehmbar. Dies liegt an der nicht linearen, sondern logarithmischen Empfindlichkeitskurve des Auges. Erst eine Helligkeitssteigerung um 30% ist wirklich relevant.

Das viele Menschen kältere Lichtfarben generell als deutlich heller im Vergleich zu wärmeren empfinden liegt weniger an diesem vergleichsweise geringen Unterschied in der Effizienz, sondern viel mehr an einem subjektiven Empfinden. Kühles weißen Licht assoziieren wir mit dem Sonnen- und Tageslicht – also sehr hellen Lichtsituationen. Wärmere Lichtfarben eher mit Feuer, Kerzen und Glühlicht – was für wesentlich weniger helle Lichtstimmungen steht. Das auch warmweißes Licht sehr hell und effizient sein kann, hat sich erst mit der Entwicklung der LED-Technik so richtig verbreitet.

Ein weiterer Effizienzunterschied bei weißen LED entsteht durch verschiedene Farbwiedergabe-Qualitäten (CRI). Die LED-Streifen oben haben alle eine sehr gute Farbwiedergabe von CRI>90. LEDs mit schlechterer Farbwiedergabe (CRI>80 sind sehr verbreitet) erreichen generell eine höhere Effizienz als solche mit sehr guter Farbwiedergabe. Auch hier liegen die Unterschiede aber bei geringen 10 bis max. 20% – sind also wenig relevant.

Effizienz-Tricks bei LED-Streifen

Fassen wir die bisher erwähnten Möglichkeiten, für LED-Streifen mit höherer Effizienz zusammen:

• Rein weiße LED-Streifen ohne Farb-LEDs verwenden
• Neutral- und kaltweiße LEDs anstatt warmweißer
• LEDs mit niedrigerer Farbwiedergabe (CRI)

Hersteller von LED-Streifen können natürlich generell teurere, höher effiziente LEDs einsetzen. So gibt es nach wie vor Verbesserungen und damit Effizienzsteigerungen in der LED-Entwicklung, so dass sehr moderne LED-Typen hier im Vorteil sind. Weiterhin unterliegen LEDs in der Produktion immer einer gewissen Streuung und werden anschließend sortiert (Binning). Die effizientesten und damit hellsten Bins sind hier natürlich auch die teuersten.

Die mit Abstand am häufigsten anzutreffende Möglichkeit, die Effizienz von LED-Streifen zu erhöhen, ist jedoch eine andere und sie hat mit dem generellen Aufbau von LED-Streifen zu tun.

Effizienz oder Gleichmäßigkeit?

LEDs benötigen eine gewisse Spannung, damit Sie leuchten. Bei weißen LEDs sind dies i.d.R. um die 3 – 3,5 Volt. Für einen klassischen 12V oder 24V LED-Streifen werden daher auf dem LED-Band stets mehrere LEDs in Reihe geschaltet. Bei 12V sind es i.a.R. 3 LEDs in Reihe, bei 24V sind es 6 LEDs oder mehr:

Bei einem 24V LED-Band können wir demzufolge rechnen: 6 x 3,5V = 21V.

Zu 24V fehlen hier noch 3 Volt und damit die LEDs keine zu hohe Spannung erhalten, wird ein Vorwiderstand benötigt, der die überschüssige Spannung „verbrät“. Dieser Puffer ist auch wichtig, da über die Länge eines LED-Bandes generell ein Spannungsabfall entsteht. Der Vorwiderstand sorgt hier mit dafür, dass die LEDs länger eine in etwa gleichbleibende Helligkeit behalten und meist wird der Vorwiderstand hier auch etwas größer dimensioniert. So werden die LEDs dann nur mit 3V oder noch weniger betrieben, was die Lebensdauer erhöht und den Helligkeitsabfall reduziert.

Je größer der Vorwiderstand, desto stärker sinkt die Effizienz des LED-Streifens. Für hocheffiziente LED-Streifen wird daher versucht, den Vorwiderstand möglichst klein zu halten. Oft werden dann nicht 6, sondern 7 oder gar 8 LEDs in einem Segment verbaut. So ergeben 8 LEDs mit je 3V bereits 24V, so dass der Vorwiderstand minimal ausfallen kann. Das LED-Band wird hocheffizient aber ohne den Puffer des Vorwiderstandes sinkt die Helligkeit über die Länge des LED-Bandes rapide ab. Ggf. haben Sie hier nach nur 1m z.B. nur noch den halben Lichtstrom.

Beim Einsatz hocheffizienter LED-Streifen gilt es dies zu berücksichtigen. Sehen Sie also ein 24V LED-Band mit 7 oder gar 8 LEDs pro Segment, müssen hier wesentlich häufiger die 24V neu ins LED-Band eingespeist werden, damit alles gleichmäßig hell leuchtet.

Eine Möglichkeit, dem Helligkeitsabfall bis zu einer gewissen Länge effektiv entgegen zu wirken, besteht im Einsatz von integrierten Konstantstromquellen.