Wofür steht der Wirkungsgrad, die Effizienz und die Lichtausbeute bei LED Lampen? Hier erfährst du die genaue Bedeutung der einzelnen Begriffe. Außerdem findest du heraus, welchen Wirkungsgrad aktuelle LED Lampen bereits erreichen. Der Vergleich zu den alten Leuchtmitteln zeigt dir, wie viel besser die LED abschneidet.
LED Wirkungsgrad und Effizienz
Der Wirkungsgrad und die Effizienz von LED Lampen werden gerne vermischt. Das liegt sicher daran, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen beiden Begriffen gibt. Vor der weiteren Betrachtung solltest du dich einmal mit der genauen Definition vertraut machen.
Der Wirkungsgrad einer LED gibt das Verhältnis zwischen der elektrischen Leistungsaufnahme und des abgegebenen Lichtstroms in Lumen an.
Bei der Effizienz einer LED handelt es sich um die Lichtausbeute. Diese wird in Lumen pro Watt (lm/W) angegeben.
Der Wirkungsgrad ist ein Verhältnis zwischen den beiden genannten Größen und wird daher als Prozentwert angegeben. Um nun den Wirkungsgrad von einem LED Leuchtmittel zu bestimmen, müssen die Leistungsaufnahme und der abgegebene Lichtstrom gemessen werden. Doch welcher Lichtstrom wäre maximal möglich und würde einen Wirkungsgrad von 100% bedeuten?
Hierzu muss man einen Blick in die Welt der Physik werfen. Danach liegt das theoretische Maximum für die Lichtausbeute bei ca. 350 lm/W für kalt-weiße LEDs. Eine LED Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 1 Watt und einem Lichtstrom von 350 Lumen hätte also einen Wirkungsgrad von 100%. Solche LED Leuchtmittel sind in der Praxis jedoch ein Wunschtraum 🙂
Der reale Wirkungsgrad aktueller LED Leuchtmittel liegt bei etwa 30% bis 40%. Davon abgesehen wäre ein Wirkungsgrad von 100% in der Praxis ohnehin nicht möglich, da es bei einer LED Lampe zahlreiche Komponenten gibt, an denen Verluste auftreten.
Welcher Wirkungsgrad ist möglich?
Damit die LED Lampe bzw. das Leuchtmittel einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreichen kann, müssen darin zum einen effiziente Leuchtdioden verbaut sein. Beispielsweise erreicht die High-Power LED319A von Nichia eine erstaunliche Lichtausbeute von 164 lm/W. Damit weist diese einen Wirkungsgrad von knapp 47% auf. Das ist aktueller Rekord in der Serienproduktion.
Dies ist jedoch nur der Wirkungsgrad der Leuchtdiode. In einer LED Lampe sind ebenfalls noch ein Vorschaltgerät sowie optische Komponenten verbaut. Diese besitzen ebenfalls einen Wirkungsgrad, so dass die Effizienz insgesamt wieder geringer ausfällt. Aktuelle LED Lampen haben einen Wirkungsgrad von etwa 30% bis 40%. Die restliche eingesetzte Energie wird als Wärme abgestrahlt.
Der Gesamtwirkungsgrad einer LED Lampe bezieht alle darin enthaltenen Komponenten mit ein. Dies wird oft auch als wall-plug efficiency bezeichnet.
Die Temperatur der LED hat einen weiteren oft unterschätzten Einfluss auf den Wirkungsgrad. Je niedriger die Betriebstemperatur der LED ausfällt, desto besser wird deren Effizienz und damit der Wirkungsgrad. Ein gutes Thermomanagement innerhalb des Leuchtmittels zur Abführung der Abwärme der LED an die Umgebung ist deshalb von Vorteil.
Wo entstehen die Verluste?
Eine LED Lampe enthält verschiedene Komponenten, an denen Verluste auftreten können. In den allermeisten Fällen sind das folgende Komponenten:
- Vorschaltgerät
- Leuchtdiode(n)
- Optik
Das Vorschaltgerät oder Netzteil wandelt die 230 Volt Netzspannung in die für die LED notwendige Betriebsspannung um. Diese elektronischen Schaltungen sind je nach Hersteller unterschiedlich aufgebaut und besitzen Wirkungsgrade von 70 bis 90%.
Die im Leuchtmittel verbauten LEDs haben den größten Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad. Hier ist entscheidend, wie viel Licht aus dem Halbleiter in die Umgebung ausgekoppelt werden kann. In handelsüblichen warm-weißen LED Leuchten werden meist Leuchtdioden mit einem Wirkungsgrad von etwa 25 bis 35% verbaut.
Auch die Optik (Linsen, Farbfilter etc.) innerhalb eines LED Leuchtmittels hat Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad. Beispielsweise werden spezielle Streulinsen eingesetzt, um einen bestimmten Abstrahlwinkel der Lampe zu erzielen. Der Wirkungsgrad der Optik ist im Vergleich zur LED jedoch sehr gut.
LED Wirkungsgrad berechnen
Der Gesamtwirkungsgrad einer LED Lampe ergibt sich durch die Multiplikation der einzelnen Wirkungsgrade aller enthaltenen Komponenten.
Vorschaltgerät (90%) · LED (35%) · Optik (95%) = 30% Wirkungsgrad
Rechnung: 0,9 · 0,35 · 0,95 = 0,3 → 30%
Du möchtest den Wirkungsgrad eines LED Leuchtmittels aus dem Handel berechnen? Setze dazu die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) in Relation zum physikalisch möglichen Maximum (350 lm/W) für kalt-weiße LEDs.
LED Leuchtmittel liefert 1500 Lumen bei einer Leistungsaufnahme von 13 Watt
1500 Lumen : 13 Watt = 115,4→ Lichtausbeute liegt bei 115,4 lm/W
Physikalisches Maximum (100% Wirkungsrad): 350 lm/W
115,4 lm/W : 350 lm/W = 0,33 → 33% Wirkungsgrad
Wirkungsgrad und Lichtausbeute im Vergleich
LED Lampen und Leuchtmittel zählen mit Abstand zur effizientesten Lichtquelle der heutigen Zeit. Es wird jedoch noch einige Zeit dauern, bis wirklich alle alten Licht-Technologien komplett auf LED umgerüstet sind. Wenn du gerade alte Leuchtmittel auf LED umstellen möchtest, hilft dir der folgende Vergleich des Wirkungsgrades der verschiedenen Licht-Techniken. Grundsätzlich fällt der Wirkungsgrad bei höheren Leistungen immer etwas besser aus.
Wirkungsgrad Glühlampe
Der Wirkungsgrad altbekannter Glühlampen liegt bei gerade einmal 5% der eingesetzten elektrischen Energie. Die restlichen 95% werden als Wärme in die Umgebung abgegeben. Deshalb werden selbst Glühlampen mit kleiner Leistung und geringer Helligkeit im Betrieb sehr heiß. Die Lichtausbeute einer Glühlampe liegt je nach Leistungsklasse zwischen 10 lm/W und 15 lm/W.
Wirkungsgrad Halogenlampe
Halogenlampen liegen vom Wirkungsgrad bei etwa 10%. Die übrigen 90% werden als Wärme in die Umgebung abgestrahlt. Die Lichtausbeute einer Halogenlampe liegt je nach Leistungsklasse zwischen 15 lm/W und 20 lm/W. Der Wirkungsgrad fällt damit nur geringfügig besser aus als bei der Glühlampe.
Wirkungsgrad Energiesparlampe
Die Energiesparlampe erreicht immerhin einen Wirkungsgrad von bis zu 25%. Hier werden nur 75% der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Die Lichtausbeute liegt damit bei 40 lm/W bis 60 lm/W. Der Wirkungsgrad gegenüber der Glühlampe liegt immerhin bei Faktor vier bis fünf.
Wirkungsgrad Vergleichstabelle
| Leuchtmittel | Wirkungsgrad | Lichtausbeute |
|---|---|---|
| LED | 25 – 40% | 80 – 150 lm/W |
| Energiesparlampe | 15 – 25% | 40 – 60 lm/W |
| Halogenlampe | 8 – 12% | 15 – 20 lm/W |
| Glühlampe | 3 – 5% | 10 – 15 lm/W |
Fazit
Mit einem Wirkungsgrad von 30% bis 40% gehören LED Lampen zu den effizientesten Leuchtmitteln in der heutigen Zeit. Du weißt nun, wie du den Wirkungsgrad eines LED Leuchtmittels vor dem Kauf berechnen kannst. So kannst du sicherstellen, eine effiziente LED Lampe mit hoher Lichtausbeute zu kaufen und keinen Ladenhüter mit einer geringen Effizienz zu erwischen.
