Die rasche und permanente Entwicklung der LED-Leistung eröffnet ständig neue Anwendungsfelder. LEDs finden erst seit kurzer Zeit Verwendung im allgemeinen Bekleuchtungssegment. Allerdings sind sie keine klassischen Lichtquellen, die sowohl Licht als auch Infrarot ausstrahlen, da sie Licht lediglich imittieren. Es bestehen einige Kontroversen bezüglich der Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit von LEDs, da eine Aufklärung über die unterschiedlichen Angaben der Lebensdauer bei LEDs gegenüber klassischen Leuchtmitteln fehlt. Das verwirrt die Verbraucher. Deshalb möchte das vorliegende Buch zu einem besseren Verständnis der Lebensdauer von LEDs beitragen. Diese Studie stellt zunächst verschiedenen Arten von LEDs vor und untersucht deren Eigenschaften. Es folgt ein Vergleich von LEDs gegenüber herkömmlichen Lichtquellen mit elektronischem Vorschaltgerät. Außerdem wird die Beleuchtungsanlage eines Raumes mit Arbeitsplätzen als Fallstudie verwendet, um zu analysieren, ob die Verwendung von LEDs hinsichtlich des Lichtstromrückgangs kosteneffizient ist. Diese Analyse wird sich über einen Zeitraum von 18 Jahren erstrecken.

Textprobe: Kapitel 6, Stand der Technik: Die Effizienz von LEDs ist in den letzten Jahren deutlich gestiegen. LEDs sind heute über 15-mal heller als eine 60 W-Glühlampe. Weiße Leuchtdioden erreichen Ausbeuten von 100 bis 140 lm/W. Somit sind LEDs in der Lichtausbeute mit Halogen-Glühlampen vergleichbar. Die Bandbreite für Anwendungen von LEDs ist in den letzten Jahren wesentlich größer geworden. Dies hängt mit der sehr deutlich gestiegenen Lichtausbeute und mit einer Verbreiterung der Farbpalette (gelb, orange, grün zu blau und weiß) zusammen. Aus diesem Grund sind Anwendungen möglich geworden, die vor einigen Jahren nicht denkbar waren. Die Steigerung der Lichtausbeute von LEDs hat zu verschiedenen neuen Anwendungen für die Beleuchtung im kommerziellen Bereich, im Büroraum, in der optischen Industrie als auch im Maschinenbau geführt. Mit dem gesteigerten Lichtstrom und der erhöhten Effizienz werden besonders Hochleistungs-LEDs interessant für Beleuchtungszwecke in den Bereichen Medizintechnik, industrieller Bildverarbeitung oder in der Automobilindustrie. 7, Zuverlässigkeit von LEDs: ‘Zuverlässigkeit ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Erzeugnis unter gegebenen Betriebsbedingungen während einer bestimmten Zeit bestimmte Mindestwerte nicht unterschreitet’. Zur Bestimmung der Zuverlässigkeit von LEDs müssen folglich nach der Analyse des Lebenszyklus einer LED die drei Komponenten Lichtdegradation, Ausfallwahrscheinlichkeit und Lebensdauer erläutert und in Bezug gesetzt werden. 7.1, Lebenszyklus: In mehreren Fällen, insbesondere in der Elektronik, ist der Verlauf der Ausfallrate ‘Badewannenkurve’ genannt. Dies zeigt, dass es zunächst schnelle Ausfälle aufgrund von Herstellungsfehlern (Frühausfall) gibt. Dann gibt es eine stabile Phase (Nutzungsphase oder Konsolidierungsphase) und schließlich den Verschleiß (Verschleißphase). 7.2, Lebensdauer: Die Definition der Lebensdauer Lx eines einzelnen LED-Moduls nach DIN EN 62717 lautet: ‘Zeitdauer, während der ein LED-Modul unter festgelegten Bedingungen mehr als die angegebene Prozentzahl x des Anfangslichtstroms liefert’. Derzeit liegt die Lebensdauer von hochwertigeren LEDs bei 50.000 h. Diese Lebensdauerangabe gilt für Werte L70, L80 oder L90, die den Restlichtstrom nach 50.000 h definiert. Allerdings ist kein Hersteller in der Lage ein Lebensdauertest von LEDs für 50.000 h durchzuführen, bevor das Produkt auf dem Markt kommt. Da die Lebensdauer einer LED-Leuchte theoretisch sehr lang ist, ist es zeitaufwendig, die Abnahme des Lichtstroms mit der Zeit zu messen. Es ist nicht möglich, den Lichtstromrückgang einer LED durch einfache mathematische Berechnungen zu ermitteln. Um die Lebensdauer von LEDs zu bestimmen, ist eine Extrapolation der Messdaten aus einer relativ kurzen Messzeit notwendig. Die US-amerikanische IES (Illuminating Engineering Society of North America) hat dafür den Standard LM-80 definiert, der sich als allgemeines Messverfahren etabliert hat. Es werden dabei LEDs in einem minimalen Zeitraum von 6.000 h getestet. Jedoch sind 10.000 h bevorzugt. Die Messdaten müssen mindestens alle 1.000 Betriebsstunden aufgenommen werden. Zwar testen Hersteller die LEDs unter gleichen LM-80-Messverfahren aber die Auswertung und die Extrapolation der Messdaten werden nach unterschiedlichen Methoden durchgeführt. Daher sind die Ergebnisse nicht vergleichbar. Aus diesem Grund wurde der Standard IES TM-21 mit dem Ziel entwickelt (in Bearbeitung) Daten verschiedener Hersteller besser vergleichbar zu machen. Dabei werden die ersten 1.000 h des LED-Betriebs nicht berücksichtigt, da in dieser Zeitpanne die LEDs eine Art Einschwingverhalten zeigen. Darüber hinaus darf das Ergebnis mit einem Faktor von maximal sechs extrapoliert werden. Mit der Kombination der Messwerte aus dem LM-80-Verfahren mit mathematischen Rechenmodellen aus TM-21 besteht die Möglichkeit, Prognosen über das Verhalten der LEDs in einem größeren Zeitrahmen zu äußern. Außerdem kann auf Basis dieser Berechnung eine Lebensdauerkurve extrapoliert werden. Dank der IES TM-21 sollten die LED-Herstellerangabe besser vergleichbar und vertrauenswürdiger sein. Um die Lebensdauer der LED zu bestimmen, ist es wichtig, zwischen Lichtstromdegradation (gradual) und Totalausfall (abrupt) zu unterscheiden. Im Folgenden werden beide Situationen beschrieben. 7.2.1, Lebensdauer bei Lichtstromdegradation (LxBy): Die Lichtdegradation einer LED ist das allmähliche Nachlassen der Leuchtleistung der LED über eine definierte Zeitdauer. Diese Lichtdegradation wird durch den Faktor Lx. beschrieben. Dieser Faktor gibt an, wieviel Prozent des Lichtstroms nach einer bestimmten Zeit noch zu erwarten ist. Immer häufiger wird jedoch durch Hersteller eine Lichtdegradation von L70 oder L80 angegeben, was bedeutet, dass am Ende der angegebenen Lebensdauer der Lichtstromverlust 30% (L70) oder 20% (L80) beträgt. Der Lx-Wert ist immer mit einem By-Wert verbunden. Dieser Wert bezeichnet den Prozentsatz der LEDs, bei welcher der Lichtstrom unterhalb der durch die Lichtdegradation L genannten Werte sinkt. Wenn in Verbindung mit einem Lx kein By-Wert angegeben wird, handelt es sich bei der Lebensdauer um einen B50-Wert. Wird beispielsweise bei einem Ensemble von LEDs eine Lebensdauer L70B50, 50 000 h angegeben bedeutet dies für den Endverbraucher nicht, dass die LEDs nach 50.000 h defekt sind, sondern, dass die Hälfte der LEDs nach 50.000 h Betriebszeit mindestens 70% des ursprünglichen Lichtstroms abgeben. In diesem Fall liegt der Lichtstrom der anderen Hälfte unterhalb von 70% des ursprünglichen Lichtstroms. Das bedeutet ein Lichtstrom-Verlust von 30%. Wird L70B10, 50 000 h angegeben bedeutet dies für den Endverbraucher, dass nach 50 000 Betriebsstunden 10% der LEDs unterhalb von 70% des ursprünglichen Lichtstroms liegen und 90% der LED bei 70% des Anfangslichtstrom oder oberhalb dieses Wertes liegen.

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Abdias Mbeusseune wurde 1982 in Duala, Kamerun, geboren. Er lebt seit 2006 in Dortmund, wo er sein Studium der Elektrotechnik erfolgreich abgeschlossen hat. Bereits während des Studiums sammelte der Autor umfassende praktische Erfahrungen in der Beleuchtungsbranche. Fasziniert von LEDs und Lichttechnik, verbrachte er sowohl beruflich als auch privat viel Zeit damit, seine Kenntnisse in diesem Bereich zu vertiefen. Seine Tätigkeit in verschiedenen Ingenieurbüros motivierte ihn, sich der Thematik des vorliegenden Buches zu widmen.