LED Energetische und qualitative Eigenschaften

Innovative Beleuchtung - LED LED – Energetische und qualitative Eigenschaften Sebastian Amrhein Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik 13.05.2014 ...
4 downloads 1 Views 2MB Size
Innovative Beleuchtung - LED

LED – Energetische und qualitative Eigenschaften Sebastian Amrhein Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik 13.05.2014

Agenda 1. 2. 3. 4. 5.

Arten elektrischer Lichtquellen Eigenschaften von LEDs Lichttechnische Größen Retrofitkonzepte - Hinweise Quellen

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

1. Arten elektrischer Lichtquellen Glühlampe (1906)

Leuchtstofflampe (1938) Halogen-Glühlampe(1958) Kompaktleuchtstofflampe(1980) High Flux LED (1999)

OLED GaN LED (blau) (1994) NatriumdampfNiederdrucklampe Metalldampflampe (1964) / QuecksilberHochdrucklampe GaAsP LED (rot) (1962) (1932) Sebastian Amrhein

Quelle: [hei12]

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

1. Arten elektrischer Lichtquellen Thermische Strahler – Glühlampen, Halogenglühlampen – Kohlebogenlampen – Nernstlampen

Nicht thermische Strahler – Gasentladungsröhren – Leuchtdioden

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

1. Arten elektrischer Lichtquellen Funktionsweise thermischer Strahler – Edelgasfüllung – Filament aus W – Sublimation – 95 % Wärmeverl. – 750 – 1000 h (Ld.)

Quelle: [eid14] Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

1. Arten elektrischer Lichtquellen Funktionsweise Gasentladungsröhren

– – – – – – – –

LeuchtstoffMetalldampfSparlampen Quecksilber Quelle: [hdi14] Hohe Spannung (10.000 V) Argon, Krypton (Leuchtstoffe) Einschaltverzögerung (temperaturabhängig) 26 % Licht, 74 % Wärme

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

1. Arten elektrischer Lichtquellen Funktionsweise Leuchtdioden (LED) Kristall

Kunststofflinse

Draht Trägerplatte

Anode

Kathode

Pluspol

Minuspol Stromrichtung

– – – –

Substrat Phosphorschicht LED-Chip Bond-Draht Quelle: [min12], [wil14]

Halbleiterschichten untersch. Dotierung Kleine Spannungen Wellenlänge abhängig vom Material Lichtstärke wächst proportional zur Stromstärke

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

1. Arten elektrischer Lichtquellen Leistungsaufnahme Lebensdauer

Lichtfarbe Wärmeverlust Sofortstart Stoßempfindlichkeit Zyklenempfindlichkeit CO2 Emission * Entsorgung

LED 3W 50.000 h kalt – warm sehr gering ja gering keine 82, 12 kg Hausmüll

Gasentladung 9W 6.000 h kalt 75 % nein hoch sehr hoch 246, 37 kg Sondermüll

Glühbirne 40 W 2.000 h warm 95 % ja sehr hoch keine 1095 kg Hausmüll

* 0,5 kg/kWh; 6 h/Tag; t=25 Jahre Quelle: [lwl14] Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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 Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

2. Eigenschaften von LEDs Farben von LEDs

LEDs

Glühbirne

gelborange blau blaugrün grün rot rotorange

Tageslicht 400 nm 400 nm

500 nm

600 nm

500 nm

600 nm

700 nm

700 nm Quelle: [osr14], [uwg14]

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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]

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

2. Eigenschaften von LEDs Farben von LEDs – Photolumineszenz Weißes Licht Leuchtschicht LED Chip

Konversionsschicht Blaues Licht Quelle: [osr14]

– Additive Farbmischung

Sven Killing 2009

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen • • • • • • • • •

Lichtstrom Lichtstärke Beleuchtungsstärke Leuchtdichte Lichtfarbe / Farbtemperatur Lebensdauer Leistung Lichtausbeute/Effizienz Farbwiedergabeindex

Sebastian Amrhein

I E L

P

[lm] [cd] [lx] [cd/A] [K] [h] [W] [lm/W]

Ra

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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: ~1400 – 1600 lm – Einzel-LED: ~18 – 30 lm Quelle: [rie14] Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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

1.600.000.000

100 W Glühlampe klar

10.000.000

100 W Glühlampe matt

200.000

Kerze

5.000 Quelle: [fsc14]

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen Beleuchtungsstärke E [lx=lm/A] – Lichtstrom bezogen auf eine Fläche – Lux-Richtwerttabellen für versch. Lokalitäten E [lx] Sonnenlicht

100.000

Arbeitsplatz

1.000

Straßenbeleuchtung

10

Mondlicht

1

Quelle: [pre14] Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen Farbe / Farbtemperatur [K]

Quelle: [sol14] Quelle: [sol14]

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen Farbwiedergabeindex Ra – Qualität der Farbwiedergabe im Licht – Idealer Wert 100 (nicht unter 80 im Innenbereich)

Quelle: [llb89] Sebastian Amrhein

Quelle: [whc14]

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen Lebensdauer [h oder y] – Umrechnung oft 1y=1000h – Zyklen – Netzteile!

Leistung P [W] Lichtausbeute / Effizienz [lm/W] Quelle: [fvo14] Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen Beispiele

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

3. Lichttechnische Größen Beispiele

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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

Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

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 Sebastian Amrhein

Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik

4. Retrofit Konzepte Hinweise – Nur echte Retrofit-Modelle sind geeignet – Kein Umbau der Lampe (Starter)! – Vorschaltgeräte NICHT entfernen / überbrücken – Schutzklassendeklaration – Gleiche Spannungswerte – P (LED)