LED-Lampen für den Alltag – worauf kommt es an?

LED-Retrofit-Lampe
© Fraunhofer IAF

Immer häufiger ersetzen energieeffiziente LED-Lampen die herkömmlichen Glühbirnen. Mit der am Fraunhofer IAF entwickelten Treiberelektronik können LED-Lampen künftig noch heller, effizienter und langlebiger werden.

Energieeffizienz, umweltschonende Materialien und lange Lebensdauer – damit überzeugen LEDs als neue Leuchtmittel auf dem Markt. Das Angebot an LED-Lampen im herkömmlichen Handel wächst stetig: LED-Lampen in verschiedenen Farben, Kategorien und mit unterschiedlicher Lichtleistung sind überall erhältlich. Doch worauf kommt es an? Wie erkennt man die Qualität einer LED-Lampe? Der wachsende Marktanteil von LED-Lampen auf dem Leuchtmittel-Markt führt immer wieder zu Fragen bei Verbrauchern. Um Aufschluss über die verschiedenen LED-Lampen, ihre besten Einsatzgebiete und diverse Fachbegriffe zu geben, beantworten Wissenschaftler des Fraunhofer IAF häufig gestellte Fragen.

Stimmt es, dass es verschiedene Qualitätsstufen von LED-Lampen gibt?

Es gibt sicherlich große Qualitätsunterschiede bei LED-Retrofitlampen (Retrofit meint hier das Design der LED-Lampen, welche so auch in die bisherigen Fassungen herkömmlicher Leuchtmittel passen). Diese sind vor allem dem hohen Kostendruck durch den starken Wettbewerb der Anbieter geschuldet. Gravierend sind die Qualitätsunterschiede im Bereich Lebensdauer, elektrische Sicherheit, elektromagnetische Verträglichkeit, Restflimmern sowie Farbwiedergabe.

Auf der Verpackung sind zur Orientierung verschiedene Kategorien aufgedruckt: Diese Kategorien A bis E beziehen sich auf die Energieeffizienz nach EU-Richtlinien. Basis zur Berechnung der Energieeffizienz von Lampen ist die Lichtausbeute, also der Lichtstrom in Lumen pro verbrauchte Leistung in Watt.

Welche Faktoren beeinflussen die Qualität einer LED-Lampe?

Da die LED-Chips an sich eine sehr hohe Lebensdauer von mehreren 10.000 Stunden erreichen können, spielt die Lebensdauer der anderen Komponenten der LED-Lampe eine grosse Rolle. So wird  die unterschiedliche Lebensdauer der Leuchtmittel maßgeblich durch die Treiberelektronik oder die Aufbautechnik, insbesondere die Wärmeabfuhr begrenzt. Viele Ausfälle entstehen durch die meist in der Treiberelektronik verbauten Elektrolytkondensatoren. Diese neigen zum Austrocknen und können schon zu Ausfällen nach weniger als 1000 Stunden führen.

Alle mit dem CE-Kennzeichen markierten Geräte müssen die Bedingungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und der Bediensicherheit erfüllen. Wird die EMV nicht erfüllt, kann es zu Störungen anderer elektrischer Geräte (vor allem Funkdienste) im Umfeld der LED-Lampe kommen. Ist die Bediensicherheit der Lampe nicht gewährleistet, kann der Verbraucher eventuell Schaden nehmen, beispielsweise durch elektrische Schläge.

Was bedeutet die Effizienzklasse »A«?

Die Effizienzklassen der EU unterteilen die verschiedenen Leuchtmittel (beispielsweise LEDs, Glühbirnen, Halogenlampen, Leuchtstoffröhren) je nach Lichtausbeute in die Kategorien A++ bis E. Die Lichtausbeute besagt, wieviel Strom für die Erzeugung einer bestimmten Menge an Licht verbraucht wird. Dabei erhalten sehr effiziente Leuchtmittel wie LEDs, kompakte Energiesparlampen und Leuchtstofflampen ein »A« bis »A++«. Die herkömmliche Glühbirne wird in die Klasse E einsortiert.

Was bedeutet der Farbwiedergabeindex?

Der Farbwiedergabeindex (CRI oder Color Rendering Index) gibt an, wie ähnlich das wiedergegebene Lichtspektrum einer LED dem Spektrum einer herkömmlichen Glühbirne ist. Der maximale CRI liegt bei 100 und entspricht dem Farbspektrum einer Glühbirne.

Für die Allgemeinbeleuchtung ist ein CRI von 80 ausreichend und wird als angenehm empfunden. In Anwendungsbereichen, für die eine möglichst realistische Farbdarstellung wichtig ist, empfiehlt sich ein hoher CRI von über 90. Beispiele wären die Beleuchtung im Esszimmer oder an Verkaufstheken von Lebensmitteln. Besonders für Rottöne ist ein hoher CRI von Bedeutung.

LED-Retrofit-Lampen dienen als Ersatz für bisherige Glühbirnen. Auf was muss man beim Kauf einer Retrofit-Lampe achten?

Neben der Lichtausbeute, der Farbtemperatur und dem Farbwiedergabeindex sollte man die Schaltfestigkeit und Aufhellzeit sowie, falls gewünscht, die Dimmbarkeit beachten. Über die Qualitätseinstufung geben auf der Verpackung die Kategorien A bis E, das CE-Kennzeichen, sowie der CRI (oft auch mit Ra angegeben) Auskunft. Die verwendete Treiberelektronik, welche oft für Ausfälle der LED-Leuchtmittel verantwortlich ist, lässt sich beim Kauf nicht erkennen. Hier kann man sich über Verbrauchertests an Erfahrungen anderer Kunden orientieren.

Was sagen unterschiedliche Farbtemperaturen des LED-Lichts aus?

Zur Imitation von Tageslicht, beispielsweise am Arbeitsplatz, eignen sich Lampen mit einer Farbtemperatur von 6000 Kelvin. Lampen mit geringeren Farbtemperatur-Werten (< 5000 Kelvin) erzeugen sogenanntes »warmes« Licht mit höherem Anteil an Gelb- und Rottönen.
Prinzipiell hängt die Wahl der Lichtfarbe aber vom eigenen Empfinden und vom Einsatz ab. Allerdings lässt sich eine deutliche Rückwirkung der Farbtemperatur auf den Tag-Nacht-Rhythmus beobachten: Da die Produktion des Schlafhormons Melatonin, welches Müdigkeit verursacht, stark von Lichteinflüssen abhängt, verhindert das Tageslicht-ähnliche LED-Licht schnelles Ermüden. Warm-weiße LEDs haben aufgrund des höheren Rotanteils bauartbedingt eine etwas niedrigere Energieeffizienz.

Können LED-Lampen überall eingesetzt werden?

Im Privatanwenderbereich können LEDs in praktisch allen Bereichen eingesetzt werden. Allerdings eignen sich nicht alle LED-Lampen für alle Anwendungsgebiete. So sind viele LED-Lampen nicht dimmbar. Im Vergleich zu Kompaktfluoreszenzleuchten (bzw. Energiesparlampen) haben LED-Lampen keine Aufhellzeit und arbeiten auch bei häufigen Schaltzyklen, sowie bei niedrigen Außentemperaturen reibungslos.

Oft hört man, LED-Lampen seien schädlich für die Augen. Was hat es damit auf sich?

Der Blauanteil des Lichts ist im Vergleich zu herkömmlichen Glühbirnen bei der LED erhöht. Dies kann sich bei dauerhaft hoher Beleuchtungsstärke negativ auf die Netzhaut auswirken. Kritisch kann das bei Säuglingen und Kleinkindern sein, mit zunehmendem Alter nimmt die Empfindlichkeit des Auges für das blaue Licht jedoch ab. Generell werden sind für LED-Lampen keine schädlichen Inhaltsstoffe notwendig, was sie im Vergleich zu Leuchtstofflampen oder Halogen-Lampen zu umwelt- und gesundheitsfreundlichen Leuchtmitteln macht.

Worin liegen Schwachstellen der LED und was wird bislang dagegen unternommen?

LEDs reagieren sehr empfindlich auf Spannungsschwankungen. Um einwandfrei funktionieren zu können, benötigen sie einen Treiber, der ständig für eine konstante Stromzufuhr sorgt. Da der Treiber oft direkt mit den LEDs verbunden ist und ein Austausch nicht vorgesehen ist, sind die Anforderungen an die Treiberelektronik sehr hoch: Der Treiber muss nicht nur die Bedingungen höchster Effizienz und einer kostengünstigen Fertigung erfüllen, sondern auch eine lange Lebensdauer aufweisen.

Forscher des Fraunhofer IAF haben daher eine Treiberelektronik mit Transistoren basierend auf dem Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN)  entwickelt. Dieses Material ist äußerst robust und ermöglicht daher, dass die Transistoren bei höheren Spannungen und Temperaturen betrieben werden können. Damit kann die konstante Stromzufuhr gesichert werden, während die LED-Lampen leistungsfähiger und noch energieeffizienter werden.