Technische Probleme der LED-Beleuchtung

Festkörperbeleuchtung mit Leuchtdioden oder LEDs bietet fünf- bis zehnmal so viel Beleuchtung pro Watt wie Glühbirnen – oder sogar mehr. LEDs haben eine Nutzungsdauer von Zehntausenden von Stunden – im Gegensatz zu den Tausenden von Glühbirnen. Und LEDs bieten eine präzise Steuerung der Lichtleistung im Gegensatz zu Glühbirnen, die ihr Licht in alle Richtungen strahlen.

All diese Eigenschaften führen zu erheblichen Leistungsvorteilen für LEDs, aber das bedeutet nicht, dass sie ohne Probleme sind. Sie können Probleme mit der Farbe haben, die Leistung kann sich mit der Zeit verschlechtern und LEDs müssen gekühlt werden. Der Ausfall einer von mehreren LED-Leuchtenkomponenten kann zum Ausfall der gesamten LED führen. Industrie, Regierung und Wissenschaft haben diese Probleme angegangen, was zu einem explosionsartigen Anstieg der Verfügbarkeit von LEDs für die Allgemeinbeleuchtung geführt hat.

Der Charakter und die Farbe des Lichts, das aus Ihrer Glühbirne kommt, hängt von der Temperatur des winzigen Filaments im Inneren ab. Selbst wenn ein Filament anders aufgebaut ist als ein anderes, wird es immer noch auf ungefähr die gleiche Temperatur erhitzt und gibt ungefähr das gleiche Farblicht ab. Nicht so bei LEDs.

LEDs sind wie Computerchips aufgebaut, mit präzise aufgebrachten Schichten aus Halbleitermaterialien. Winzige Änderungen in der Dicke der Schichten können die Farbe des LED-Lichts verändern. Darüber hinaus haben die meisten Weißlicht-LEDs eine weitere Schicht, die als Phosphor bezeichnet wird. Winzige Veränderungen im Phosphor führen auch zu Farbänderungen, die eine weiße LED bläulich erscheinen lassen können, während eine andere rötlich und eine andere gelblich aussieht.

Jede Lichtquelle verschlechtert sich mit der Zeit. Sogar Ihre Glühbirnen ändern mit zunehmendem Alter ihre Farbe und werden dunkler – aber sie gehen vollständig kaputt, bevor diese Effekte zu deutlich werden. LEDs dimmen und ändern ihre Farbe, wenn sie älter werden. Während ihrer Lebensdauer verursachen Hitze und Lichteinwirkung physikalische und chemische Veränderungen an den LEDs und den Leuchtstoffen, die die Beleuchtung verändern. Da LEDs 25- bis 50-mal so lange halten wie Glühlampen, werden diese Effekte deutlich.

LEDs sind weitaus effizienter als Glühbirnen. Glühbirnen wandeln 5 bis 10 Prozent ihres Stroms in Licht um, während LEDs etwa die Hälfte ihres Stroms in Licht umwandeln. Der Rest dieser Energie – der verschwendete Teil – wird in Wärme umgewandelt. Glühbirnen geben diese Wärme ab, indem sie sie als unsichtbare Infrarotstrahlung abgeben – deshalb fühlt sich Ihre Hand vor einer Glühbirne warm an. LEDs emittieren nicht viel Infrarotstrahlung.

LEDs erzeugen immer noch Wärme, daher muss sie durch eine andere Methode abgeführt werden. LEDs müssen an Kühlkörper angeschlossen werden, um die Wärmeenergie von der LED wegzuleiten, dann müssen die Kühlkörper so konstruiert sein, dass sie diese Wärme irgendwie ableiten. Werden LEDs nicht gekühlt, bauen sie sehr schnell ab und fallen dann komplett aus.

Wenn Sie eine Glühlampe kaufen, können Sie sie an eine Schreibtischlampe, eine Wandleuchte oder eine Deckeneinbauleuchte anschließen – sie funktioniert überall. Anders sieht es bei LEDs aus. Eine LED-Lichtquelle besteht aus weit mehr als der LED selbst. Es enthält auch den Kühlkörper und die Treiberelektronik – eine Schaltungsbaugruppe, die die 120 V aus der Steckdose in eine Gleichspannung umwandelt, die die LED verwenden kann. Damit eine LED richtig funktioniert, müssen die LED selbst, der Phosphor, der Kühlkörper und die Elektronik fehlerfrei sein. Wenn Sie jemals eine LED-Ampel mit einem dunklen Fleck in der Mitte gesehen haben, haben Sie keine ausgefallene LED gesehen; Sie haben ein defektes LED-Elektronikpaket gesehen. Da LEDs selbst viele zehntausend Stunden halten können, müssen auch die anderen Elemente des Gehäuses auf diese Lebensdauer ausgelegt sein – eine technische Herausforderung.

In den frühen 2000er Jahren waren all diese Probleme – und einige andere – technische Probleme für die LED-Beleuchtung. Koordinierte Unternehmens-, Hochschul- und Regierungsarbeit hat die Situation dramatisch verbessert. Jetzt gibt es Sätze von Design- und Teststandards. Obwohl Verbraucher sich wahrscheinlich nicht in die Details der Testverfahren vertiefen möchten, können sie einen einfachen Schritt unternehmen, indem sie überprüfen, ob die von ihnen gekauften LED-Produkte ein "Lighting Facts"-Label tragen. Nur Hersteller, die die Testverfahren befolgen, dürfen das Etikett verwenden.