Grundlagen und Vorteile der LED-Beleuchtung

Die LED-Beleuchtung (Beleuchtung mit Leuchtdioden) hat in den letzten Jahren sprunghaft an Bedeutung gewonnen und sich rasant weiterentwickelt. Aufgrund der aktuellen Trends hin zu hoher Energieeffizienz bei gleichzeitig hochwertiger Lichtqualität und der hohen Akzeptanz in der Bevölkerung haben LEDs weltweit eine erhebliche wirtschaftliche Relevanz erlangt.

Die LED-Technologie ist bekannt für ihre einzigartige Energieeffizienz und lange Lebensdauer und kann eine relativ einstellbare spektrale Leistungsverteilung, Beleuchtungsstärke und Strahlform erzeugen. All diese Eigenschaften führen zu erheblichen Veränderungen im Bereich der Beleuchtung sowie bei Beleuchtungsprodukten.

Dieser Blog vermittelt Ihnen die Grundlagen von LEDs und deren Verwendung in Beleuchtungsprodukten. Vor allem aber erfahren Sie, warum LED-Beleuchtung beliebter ist und sich von anderen Lichtquellen unterscheidet.

LED-Grundlagen

1. Was sind LEDs?

LED steht für Leuchtdiode, ein Halbleiterbauelement. Sie sendet Licht aus, wenn ein elektrischer Strom durch die Diode fließt. Das Licht entsteht, wenn sich die den elektrischen Strom tragenden Teilchen (Elektronen und Löcher) im Halbleitermaterial rekombinieren.

Eine LED, eine Leuchtdiode, ist ein Halbleiterbauelement, das elektrischen Strom direkt in Licht umwandeln kann. Eine Diode ist ein elektrisches Bauteil, das nur in eine Richtung funktioniert. Daher emittiert eine LED Licht von der Anode (positiv) zur Kathode (negativ), wenn der Strom nur in eine Richtung fließt. Das Herzstück der LED ist ein Halbleiterchip, der an einer Halterung befestigt ist.

Der Halbleiterchip besteht aus zwei Teilen. Ein Teil ist ein P-Halbleiter, in dem Löcher dominieren, und das andere Ende ist ein N-Halbleiter, der hauptsächlich Elektronen enthält. Wenn die beiden Halbleiter verbunden werden, bildet sich zwischen ihnen eine „PN-Verbindung“.

2. LED-Farben und Helligkeit

LED-Farbe: Das im Halbleiterelement einer LED verwendete Material bestimmt ihre Farbe. Derzeit werden hauptsächlich zwei LED-Typen für Beleuchtungssysteme verwendet: Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP, manchmal auch als AlInGaP angeordnet) Legierungen für rote, orange und gelbe LEDs; und Indiumgalliumnitrid (InGaN) Legierungen für grüne, blaue und weiße LEDs. Geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung dieser Legierungen können die Farbe der LEDs verändern.

LED-Helligkeit: Bei LED-Beleuchtung wird die Helligkeit in Lumen gemessen. Lumen sind eine neue Maßeinheit, um die Helligkeit einer Lampe oder einer Leseleuchte zu bestimmen. Sie messen die gesamte Menge an sichtbarem Licht, die von einer Quelle pro Zeiteinheit abgegeben wird. Daher entsprechen Lumen der Lichtleistung, und höhere Lumenwerte führen zu helleren Lichteffekten.

3. LED und Wärme

Das Wärmemanagement spielt eine entscheidende Rolle für die erfolgreiche Funktion einer LED während ihrer Lebensdauer. Um LEDs vor dem Durchbrennen und Überhitzen zu schützen, absorbieren die Kühlkörper in den LEDs die Wärme der LED und leiten diese dann an die Luft ab.

Bei einer Buchlampe gilt: Werden LEDs bei höheren Temperaturen betrieben, wird das Licht im Laufe der Zeit erheblich beschädigt und die Lebensdauer dieser Buchlampe verkürzt sich. LED-Produkte verfügen in der Regel über eine Reihe einzigartiger Designs und Konfigurationen zur Wärmeregulierung.

Wie funktioniert eine LED?

Bei einer LED springen Elektronen von einer Seite (einer elektronenreichen Seite) auf die andere (eine elektronenarme Seite) über einen Übergang (den „pn-Übergang“). Vereinfacht gesagt bedeutet dies auch, dass, wenn Spannung an die pn-Verbindung angelegt wird, die „elektronenarme“ Seite bestrebt ist, mit den geladenen Elektronen von der anderen Seite aufgefüllt zu werden; daher beginnen sich die Elektronen sofort zu bewegen. Das Licht wird dann während dieses Elektronentransportprozesses erzeugt.

Außerdem können LED-Produkte aufgrund des einzigartigen Prozesses zur Erzeugung von LED-Licht kälteres Licht abgeben und sind energieeffizienter als andere Lichtquellen.

Im Gegensatz dazu funktionieren Glühbirnen anders, um Licht zu erzeugen. Genauer gesagt erzeugt eine Glühbirne Licht, indem Strom durch einen kleinen Draht oder ein Filament geleitet wird.

Wie werden LEDs in der Beleuchtung eingesetzt?

LEDs werden seit vielen Jahren als Kontrollleuchten in elektrischen Haushaltsgeräten oder Anwendungen eingesetzt und haben maßgeblich zu einer komfortableren Gestaltung des Alltags beigetragen. Diese winzigen Bauteile haben kürzlich eine neue Ära der Allgemeinbeleuchtung eingeläutet. Gleichzeitig gewinnen LEDs aufgrund ihrer höheren Effizienz und längeren Lebensdauer zunehmend an Akzeptanz bei den Anwendern. Aufgrund ihres geringeren Energieverbrauchs und ihrer besseren Lichtleistung sind LEDs auch unverzichtbar für die Bekämpfung der globalen Erwärmung.

LED-Beleuchtung im Gesundheitswesen

Im Jahr 2006 veröffentlichte das AIA (American Institute of Architects) die neuen Richtlinien für die Planung und den Bau von Gesundheitseinrichtungen, die besagen, dass alle Beleuchtungsmittel mit Quecksilbergehalt, wie Leuchtstoffröhren und Kompaktleuchtstofflampen, aus Krankenhäusern entfernt und durch LED-Beleuchtung ersetzt werden sollten. LEDs emittieren keine Wärmestrahlung wie andere Lichtquellen, und Strahlung kann eine potenzielle Gefahr für Patienten darstellen, was LEDs zu einer geeigneten Alternative macht.

LED-Beleuchtung für die Außenarchitektur

LED-Beleuchtung eröffnet Designern neue und spannende Möglichkeiten. Die Projektion eines bestimmten Gebäudebereichs entspricht im Wesentlichen der Verwendung kreisförmiger und quadratischer Flutlichtscheinwerfer, die den Abstrahlwinkel steuern. Aufgrund der kleinen und dünnen LED-Lichtquelle ist die Entwicklung linearer Projektionsbeleuchtung jedoch zweifellos zu einem Highlight der LEDs geworden, da viele Gebäude keinen geeigneten Platz für herkömmliche Projektionslampen bieten. LED-Beleuchtung lässt sich problemlos horizontal oder vertikal installieren und integriert sich besser in die Gebäudeoberfläche. Idealerweise werden LEDs die Beleuchtungsmethoden moderner und historischer Gebäude nachhaltig beeinflussen.

LED-Beleuchtung in Ausstellungen

Hinsichtlich der Lichtqualität erzeugt die LED-Lichtquelle keine Wärme, ultraviolette oder infrarote Strahlung, sodass die LEDs keine Schäden an Ausstellungsstücken oder Waren verursachen. LED-Beleuchtung benötigt im Vergleich zu anderen traditionellen Lichtquellen auch keine zusätzlichen Filtervorrichtungen und ist zudem einfacher zu installieren und kostengünstiger. Ihre präzise und genaue Beleuchtung kann als Alternative zur Faseroptikbeleuchtung in Museen eingesetzt werden.

LED-Beleuchtung bei Buchleuchten

Im Gegensatz zu vielen anderen Leuchtstoff- oder Glühfaden-Buchleuchten weisen LED-Leuchten eine herausragende Leistung auf. Dafür gibt es mehrere Gründe. LEDs sind energieeffizienter als Glüh- und Kompaktleuchtstofflampen (CFL); daher ermöglichen sie erhebliche Energieeinsparungen. Außerdem bieten sie viel mehr Möglichkeiten hinsichtlich Helligkeit und Lichtfarbe (warm vs. kalt). Darüber hinaus halten sie länger bei gleichbleibender Lichtstärke und enthalten im Gegensatz zu CFLs kein Quecksilber.

Worin unterscheidet sich LED-Beleuchtung von anderen Lichtquellen ?

LED-Beleuchtungsprodukte unterscheiden sich in mehreren Punkten von herkömmlichen Glühbirnen und Energiesparlampen. Anders ausgedrückt: Diese Unterschiede sind Vorteile, die LED-Leuchten zum Mainstream der heutigen Beleuchtungsindustrie machen. Hier sind einige der Vorteile von LEDs:

• Niedrigere Energiekosten
• Energieeffizienz
• Lange Lebensdauer & hohe Strapazierfähigkeit
• Niedrige Hitze
• Kein Quecksilbergehalt

Geringere Energiekosten: Wattage ist nicht gleich Helligkeit. Während bei Glühbirnen Wattage und Helligkeit in direktem Zusammenhang standen, gilt dies nicht für LED-Produkte; und da LEDs viel weniger Strom (Watt) verbrauchen, sollten Verbraucher die Helligkeit einer Glühbirne und einer LED-Lampe nicht anhand der Wattage vergleichen.

Eine herkömmliche 100-Watt-Glühbirne sendet etwa 1600 Lumen Licht aus; dieselbe Lichtleistung von 1600 Lumen kann jedoch mit LED-Lampen mit einer Leistung von 16 bis 20 Watt erzeugt werden. Daher ist es offensichtlich, dass die Wirtschaftlichkeit von LED-Lampen bedeutet, dass mit deutlich geringeren Energiekosten die gleiche Lichtleistung mit LED-Produkten erzielt werden kann.

Energieeffizienz: LEDs emittieren Licht nur in eine bestimmte Richtung, wodurch Reflektoren und Diffusoren zur Lichtbündelung überflüssig werden. Dies macht LEDs deutlich effizienter als andere Lichtquellen. LEDs erreichen zudem eine Energieeffizienz von 80–90 % im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungslösungen, da sie mindestens 80 % der Energie in Licht umwandeln, während der Rest in andere Energieformen wie Wärme umgewandelt wird. Im Gegensatz dazu können herkömmliche Glühbirnen mit ihrer geringen Energieeffizienz nur etwa 20 % der Energie in Licht umwandeln.

Lange Lebensdauer: LED-Leuchten sind bekannt für ihre lange Lebensdauer. Glühbirnen halten etwa 1.000 Stunden, während die langlebigsten LED-Leuchten auf etwa 100.000 Stunden getestet wurden. Normalerweise müssen LED-Produkte mindestens 20 Jahre lang nicht ausgetauscht werden. LED ist weithin bekannt als eine Investition, die Zeit und Geld spart.

Niedrige Hitze: LEDs waren schon immer eine kühlere Beleuchtungslösung, da sie den größten Teil ihrer Energie im Gegensatz zu Glühbirnen und Energiesparlampen zur Lichterzeugung und nicht zur Wärmeerzeugung verwenden. Glühbirnen werden heiß, weil sich die zugrundeliegende Technologie (der Glühfaden) erhitzt und dann glüht, wodurch Licht erzeugt wird: Energie + Wärme + glühender Glühfaden = Licht. Im Gegensatz dazu können die angeregten Elektronen in LED-Halbleitern durch Lichtemission effektiv „beruhigt“ werden.

Kein Quecksilbergehalt: Für viele umweltbewusste Verbraucher sind LEDs die naheliegende Wahl für Beleuchtungslösungen. Im Gegensatz zu Leuchtstofflampen enthalten LEDs kein Quecksilber, wodurch die Quecksilberaufnahme in die Umwelt verhindert wird. Das quecksilberfreie Design macht LEDs außerdem zur sichersten Beleuchtungslösung für alle Bereiche, insbesondere für Zuhause.

Am Ende

LED-Lampen sind die energieeffizientesten und umweltfreundlichsten Beleuchtungslösungen auf dem aktuellen Markt. Gleichzeitig haben die unglaublichen Möglichkeiten dieser LED-Beleuchtungselemente die Entwicklung der Lichtindustrie dramatisch vorangetrieben. Die Menschen haben heute vielfältige Auswahlmöglichkeiten bei Beleuchtungslösungen, die auf ihre persönlichen Bedürfnisse und Gegebenheiten abgestimmt sind.

Ich hoffe, dieser Artikel hilft Ihnen, die Grundlagen von LEDs und LED-Beleuchtung besser zu verstehen. Wenn Sie Fragen haben, hinterlassen Sie bitte unten einen Kommentar oder kontaktieren Sie uns unter service@glocusent.com.