Die Erfindung der Glühlampen vor gut einem Jahrhundert revolutionierte die künstliche Beleuchtung. Derzeit erleben wir die digitale Beleuchtungsrevolution, die durch SSL ermöglicht wird. Halbleiterbasierte Beleuchtung bietet nicht nur beispiellose Design-, Leistungs- und Wirtschaftsvorteile, sondern ermöglicht auch eine Vielzahl neuer Anwendungen und Wertversprechen, die bisher als unpraktisch galten. Der Ertrag aus der Nutzung dieser Vorteile wird die relativ hohen Vorabkosten für die Installation eines LED-Systems, bei denen es auf dem Markt noch einige Bedenken gibt, bei weitem überwiegen.
1. Energieeffizienz
Einer der Hauptgründe für die Umstellung auf LED-Beleuchtung ist die Energieeffizienz. Im letzten Jahrzehnt ist die Lichtausbeute von mit Phosphor umgewandelten weißen LED-Paketen von 85 lm/W auf über 200 lm/W gestiegen, was einem Wirkungsgrad der Umwandlung von elektrischer in optische Energie (PCE) von über 60 Prozent bei einem Standardbetriebsstrom entspricht Dichte von 35 A/cm2. Trotz der Verbesserungen bei der Effizienz blauer InGaN-LEDs, Leuchtstoffen (Effizienz und Wellenlänge passen sich der Reaktion des menschlichen Auges an) und Gehäuse (optische Streuung/Absorption) gibt es nach Angaben des US-Energieministeriums (DOE) noch mehr Spielraum für PC-LED Effizienzverbesserungen und Lichtausbeuten von etwa 255 lm/W sollten bei blauen Pump-LEDs praktisch möglich sein. Hohe Lichtausbeute ist zweifellos ein überwältigender Vorteil von LEDs gegenüber herkömmlichen Lichtquellen – Glühlampen (bis zu 20 lm/W), Halogen (bis zu 22 lm/W), lineare Leuchtstofflampen (65-104 lm/W), Kompaktleuchtstofflampen (46-87 lm/W), Induktionsfluoreszenz (70-90 lm/W), Quecksilberdampf (60-60 lm/W), Hochdrucknatrium (70-140 lm/W) , Quarzmetallhalogenid (64-110 lm/W) und Keramikmetallhalogenid (80-120 lm/W).
2. Effizienz der optischen Abgabe
Abgesehen von erheblichen Verbesserungen der Lichtquelleneffizienz ist die Möglichkeit, mit LED-Beleuchtung eine hohe optische Effizienz der Leuchten zu erreichen, bei Verbrauchern weniger bekannt, bei Lichtdesignern jedoch sehr erwünscht. Die effektive Übertragung des von Lichtquellen emittierten Lichts auf das Ziel war eine große Designherausforderung in der Branche. Herkömmliche Glühlampen strahlen ihr Licht in alle Richtungen ab. Dies führt dazu, dass ein Großteil des von der Lampe erzeugten Lichtstroms in der Leuchte eingeschlossen wird (z. B. durch Reflektoren, Diffusoren) oder aus der Leuchte in eine Richtung austritt, die für die beabsichtigte Anwendung nicht nützlich oder einfach störend für das Auge ist. HID-Leuchten wie Metallhalogenid- und Hochdruck-Natriumdampflampen leiten das von der Lampe erzeugte Licht im Allgemeinen mit einer Effizienz von etwa 60 bis 85 Prozent aus der Leuchte heraus. Es ist nicht ungewöhnlich, dass bei Einbau-Downlights und Troffers, die Leuchtstoff- oder Halogenlichtquellen verwenden, optische Verluste von 40-50 Prozent auftreten. Der gerichtete Charakter der LED-Beleuchtung ermöglicht eine effektive Lichtabgabe, und der kompakte Formfaktor von LEDs ermöglicht eine effiziente Regulierung des Lichtstroms mithilfe von Verbundlinsen. Gut konzipierte LED-Beleuchtungssysteme können einen optischen Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent liefern.
3. Gleichmäßigkeit der Beleuchtung
Eine gleichmäßige Ausleuchtung ist eine der obersten Prioritäten bei der Gestaltung von Innenraum- und Außenflächen-/Straßenbeleuchtungen. Die Gleichmäßigkeit ist ein Maß für das Verhältnis der Beleuchtungsstärke über eine Fläche. Eine gute Beleuchtung sollte eine gleichmäßige Verteilung der einfallenden Lumen über eine Arbeitsfläche oder einen Arbeitsbereich gewährleisten. Extreme Leuchtdichteunterschiede aufgrund ungleichmäßiger Beleuchtung können zu visueller Ermüdung führen, die Arbeitsleistung beeinträchtigen und sogar ein Sicherheitsrisiko darstellen, da sich das Auge an Oberflächen mit unterschiedlicher Leuchtdichte anpassen muss. Übergänge von einem hell beleuchteten Bereich zu einem Bereich mit sehr unterschiedlicher Leuchtdichte führen zu einem vorübergehenden Verlust der Sehschärfe, was große Auswirkungen auf die Sicherheit bei Außenanwendungen mit Fahrzeugverkehr hat. In großen Innenräumen trägt eine gleichmäßige Beleuchtung zu einem hohen Sehkomfort bei, ermöglicht flexible Arbeitsorte und macht die Umstellung der Leuchten überflüssig. Dies kann besonders in Industrie- und Gewerbehallen mit hohen Regalen von Vorteil sein, wo das Bewegen der Leuchten mit erheblichen Kosten und Unannehmlichkeiten verbunden ist. Leuchten mit HID-Lampen haben direkt unter der Leuchte eine deutlich höhere Beleuchtungsstärke als weiter von der Leuchte entfernte Bereiche. Dies führt zu einer schlechten Gleichmäßigkeit (typisches Max/Min-Verhältnis 6:1). Lichtdesigner müssen die Leuchtendichte erhöhen, um sicherzustellen, dass die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke den minimalen Designanforderungen entspricht. Im Gegensatz dazu erzeugt eine große lichtemittierende Oberfläche (LES), die aus einer Reihe kleiner LEDs besteht, eine Lichtverteilung mit einer Gleichmäßigkeit von weniger als 3:1 Max/Min-Verhältnis, was zu besseren Sehbedingungen und einer deutlich geringeren Anzahl führt von Installationen im Aufgabenbereich.
4. Gerichtete Beleuchtung
Aufgrund ihres gerichteten Emissionsmusters und ihrer hohen Flussdichte eignen sich LEDs grundsätzlich für die gerichtete Beleuchtung. Eine gerichtete Leuchte bündelt das von der Lichtquelle emittierte Licht in einen gerichteten Strahl, der ununterbrochen von der Leuchte zum Zielbereich wandert. Eng fokussierte Lichtstrahlen werden verwendet, um durch den Einsatz von Kontrasten eine Hierarchie der Wichtigkeit zu schaffen, ausgewählte Merkmale aus dem Hintergrund hervorzuheben und einem Objekt Interesse und emotionale Anziehungskraft zu verleihen. Richtungsleuchten, einschließlich Strahler und Flutlichter, werden häufig in Akzentbeleuchtungsanwendungen eingesetzt, um die Hervorhebung zu verstärken oder ein Designelement hervorzuheben. Gerichtete Beleuchtung wird auch in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein intensiver Strahl benötigt wird, um anspruchsvolle Sehaufgaben zu erfüllen oder eine Beleuchtung über große Entfernungen bereitzustellen. Zu den Produkten, die diesem Zweck dienen, gehören Taschenlampen, Suchscheinwerfer, Verfolger, Fahrzeugfahrlichter, Stadionflutlichter usw. Eine LED-Leuchte kann in ihrer Lichtausbeute genug Leistung bringen, sei es, um einen sehr gut definierten „harten“ Strahl für große Dramatik zu erzeugen COB-LEDs oder um mit Hochleistungs-LEDs einen langen Strahl weit in die Ferne zu werfen.
5. Spektraltechnik
Die LED-Technologie bietet die neue Möglichkeit, die spektrale Leistungsverteilung (SPD) der Lichtquelle zu steuern, was bedeutet, dass die Lichtzusammensetzung für verschiedene Anwendungen maßgeschneidert werden kann. Durch die spektrale Steuerbarkeit kann das Spektrum von Beleuchtungsprodukten so gestaltet werden, dass es spezifische menschliche visuelle, physiologische, psychologische, pflanzliche Photorezeptor- oder sogar Halbleiterdetektor-Reaktionen (z. B. HD-Kameras) oder eine Kombination solcher Reaktionen auslöst. Eine hohe spektrale Effizienz kann durch Maximierung der gewünschten Wellenlängen und Entfernung oder Reduzierung schädlicher oder unnötiger Teile des Spektrums für eine bestimmte Anwendung erreicht werden. Bei Weißlichtanwendungen kann der SPD von LEDs für die vorgeschriebene Farbtreue und die korrelierte Farbtemperatur (CCT) optimiert werden. Mit einem Mehrkanal-Multi-Emitter-Design kann die von der LED-Leuchte erzeugte Farbe aktiv und präzise gesteuert werden. RGB-, RGBA- oder RGBW-Farbmischsysteme, die ein vollständiges Lichtspektrum erzeugen können, eröffnen Designern und Architekten unendliche ästhetische Möglichkeiten. Dynamische Weißsysteme nutzen Multi-CCT-LEDs, um ein warmes Dimmen zu ermöglichen, das beim Dimmen die Farbeigenschaften von Glühlampen nachahmt, oder um eine abstimmbare weiße Beleuchtung bereitzustellen, die eine unabhängige Steuerung von Farbtemperatur und Lichtintensität ermöglicht. Eine auf den Menschen ausgerichtete Beleuchtung auf Basis der abstimmbaren weißen LED-Technologie ist einer der Impulsgeber für viele der neuesten Entwicklungen in der Beleuchtungstechnologie.
6. Ein-/Ausschalten
LEDs schalten sich fast augenblicklich mit voller Helligkeit ein (im einstelligen Bereich bis hin zu mehreren zehn Nanosekunden) und haben eine Ausschaltzeit im Bereich von mehreren zehn Nanosekunden. Im Gegensatz dazu kann die Aufwärmzeit, also die Zeit, die die Glühbirne benötigt, um ihre volle Lichtleistung zu erreichen, bei Kompaktleuchtstofflampen bis zu 3 Minuten betragen. HID-Lampen benötigen eine Aufwärmphase von mehreren Minuten, bevor sie brauchbares Licht liefern. Bei Metallhalogenidlampen, die einst die Haupttechnologie für die Hallenbeleuchtung und Hochleistungsflutlichtbeleuchtung in Industrieanlagen, Stadien und Arenen waren, ist die Heißwiederzündung ein weitaus größeres Problem als die Erstinbetriebnahme. Ein Stromausfall in einer Einrichtung mit Halogen-Metalldampflampen kann die Sicherheit gefährden, da der Heißwiederzündvorgang von Halogen-Metalldampflampen bis zu 20 Minuten dauert. Durch sofortiges Starten und Wiederzünden im heißen Zustand sind LEDs in der einzigartigen Lage, viele Aufgaben effektiv auszuführen. Nicht nur allgemeine Beleuchtungsanwendungen profitieren stark von der kurzen Reaktionszeit von LEDs, auch eine Vielzahl von Spezialanwendungen profitieren von dieser Fähigkeit. Beispielsweise können LED-Leuchten synchron mit Verkehrskameras arbeiten, um eine intermittierende Beleuchtung zur Erfassung fahrender Fahrzeuge bereitzustellen. LEDs schalten sich 140 bis 200 Millisekunden schneller ein als Glühlampen. Der Reaktionszeitvorteil legt nahe, dass LED-Bremslichter einen Heckaufprall wirksamer verhindern als Glühlampen. Ein weiterer Vorteil von LEDs im Schaltbetrieb ist der Schaltzyklus. Die Lebensdauer von LEDs wird durch häufiges Schalten nicht beeinträchtigt. Typische LED-Treiber für allgemeine Beleuchtungsanwendungen sind für 50,000 Schaltzyklen ausgelegt, und es ist ungewöhnlich, dass Hochleistungs-LED-Treiber 100,000, 200,000 oder sogar 1 Million aushalten Schaltzyklen. Die LED-Lebensdauer wird durch schnelle Zyklen (Hochfrequenzschaltung) nicht beeinträchtigt. Aufgrund dieser Funktion eignen sich LED-Leuchten gut für dynamische Beleuchtung und für den Einsatz mit Lichtsteuerungen wie Anwesenheits- oder Tageslichtsensoren. Andererseits kann häufiges Ein-/Ausschalten die Lebensdauer von Glüh-, HID- und Leuchtstofflampen verkürzen. Diese Lichtquellen haben im Laufe ihrer Nennlebensdauer in der Regel nur wenige tausend Schaltzyklen.
7. Dimmfunktion
Aufgrund der Fähigkeit, die Lichtleistung auf sehr dynamische Weise zu erzeugen, eignen sich LEDs perfekt für die Dimmsteuerung, während Leuchtstofflampen und HID-Lampen nicht gut auf Dimmen reagieren. Das Dimmen von Leuchtstofflampen erfordert den Einsatz teurer, großer und komplexer Schaltkreise, um die Gasanregungs- und Spannungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Das Dimmen von HID-Lampen führt zu einer kürzeren Lebensdauer und einem vorzeitigen Lampenausfall. Metallhalogenid- und Natriumdampf-Hochdrucklampen können nicht unter 50 Prozent der Nennleistung gedimmt werden. Außerdem reagieren sie wesentlich langsamer auf Dimmsignale als LEDs. Das Dimmen von LEDs kann entweder durch Konstantstromreduzierung (CCR), besser bekannt als analoges Dimmen, oder durch Anwenden von Pulsweitenmodulation (PWM) auf die LED, auch digitales Dimmen genannt, erfolgen. Durch analoges Dimmen wird der Treiberstrom gesteuert, der zu den LEDs fließt. Dies ist die am weitesten verbreitete Dimmlösung für allgemeine Beleuchtungsanwendungen, obwohl LEDs bei sehr niedrigen Strömen (unter 10 Prozent) möglicherweise keine gute Leistung erbringen. Beim PWM-Dimmen variiert das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation, um am Ausgang einen Durchschnittswert über einen gesamten Bereich von 100 Prozent bis 0 Prozent zu erzeugen. Die Dimmsteuerung von LEDs ermöglicht es, die Beleuchtung an die menschlichen Bedürfnisse anzupassen, Energieeinsparungen zu maximieren, Farbmischung und CCT-Abstimmung zu ermöglichen und die LED-Lebensdauer zu verlängern.
8. Kontrollierbarkeit
Die digitale Natur von LEDs erleichtert die nahtlose Integration von Sensoren, Prozessoren, Controllern und Netzwerkschnittstellen in Beleuchtungssysteme zur Umsetzung verschiedener intelligenter Beleuchtungsstrategien, von dynamischer Beleuchtung und adaptiver Beleuchtung bis hin zu allem, was das IoT als nächstes bringt. Der dynamische Aspekt der LED-Beleuchtung reicht vom einfachen Farbwechsel bis hin zu komplexen Lichtshows über Hunderte oder Tausende individuell steuerbarer Beleuchtungsknoten bis hin zur komplexen Übersetzung von Videoinhalten zur Anzeige auf LED-Matrixsystemen. Die SSL-Technologie ist das Herzstück eines großen Ökosystems vernetzter Beleuchtungslösungen, die Tageslichtnutzung, Anwesenheitserkennung, Zeitsteuerung, eingebettete Programmierbarkeit und netzwerkgebundene Geräte nutzen können, um verschiedene Aspekte der Beleuchtung zu steuern, zu automatisieren und zu optimieren. Durch die Migration der Beleuchtungssteuerung auf IP-basierte Netzwerke können intelligente, sensorgesteuerte Beleuchtungssysteme mit anderen Geräten in IoT-Netzwerken zusammenarbeiten. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Schaffung einer breiten Palette neuer Dienste, Vorteile, Funktionalitäten und Einnahmequellen, die den Wert von LED-Beleuchtungssystemen steigern. Die Steuerung von LED-Beleuchtungssystemen kann mithilfe verschiedener drahtgebundener und drahtloser Kommunikationsprotokolle implementiert werden, darunter Lichtsteuerungsprotokolle wie 0-10V, DALI, DMX512 und DMX-RDM sowie Gebäudeautomatisierungsprotokolle wie BACnet, LON, KNX und EnOcean sowie Protokolle, die auf der immer beliebter werdenden Mesh-Architektur eingesetzt werden (z. B. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Designflexibilität
Die geringe Größe von LEDs ermöglicht Leuchtendesignern die Herstellung von Lichtquellen in Formen und Größen, die für viele Anwendungen geeignet sind. Diese physische Eigenschaft gibt den Designern mehr Freiheit, ihre Designphilosophie auszudrücken oder Markenidentitäten zu kreieren. Die Flexibilität, die sich aus der direkten Integration von Lichtquellen ergibt, bietet die Möglichkeit, Beleuchtungsprodukte zu schaffen, die eine perfekte Verbindung zwischen Form und Funktion bieten. LED-Leuchten können so gestaltet werden, dass sie die Grenzen zwischen Design und Kunst für Anwendungen verwischen, bei denen ein dekorativer Schwerpunkt im Vordergrund steht. Sie können auch so gestaltet werden, dass sie ein hohes Maß an architektonischer Integration unterstützen und sich in jede Designkomposition einfügen. Halbleiterbeleuchtung treibt auch in anderen Bereichen neue Designtrends voran. Einzigartige Gestaltungsmöglichkeiten ermöglichen es Fahrzeugherstellern, unverwechselbare Scheinwerfer und Rücklichter zu entwerfen, die den Fahrzeugen ein ansprechendes Aussehen verleihen.
10. Haltbarkeit
Eine LED strahlt Licht aus einem Halbleiterblock aus – und nicht aus einer Glasbirne oder -röhre, wie es bei herkömmlichen Glüh-, Halogen-, Leuchtstoff- und HID-Lampen der Fall ist, die Glühfäden oder Gase zur Lichterzeugung nutzen. Die Halbleiterbauelemente werden im Allgemeinen auf einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) montiert, wobei die Verbindung typischerweise über gelötete Leitungen erfolgt. Kein zerbrechliches Glas, keine beweglichen Teile und kein Glühfadenbruch – LED-Beleuchtungssysteme sind daher äußerst stoß-, vibrations- und verschleißfest. Die Solid-State-Haltbarkeit von LED-Beleuchtungssystemen hat in einer Vielzahl von Anwendungen offensichtliche Vorteile. Innerhalb einer Industrieanlage gibt es Orte, an denen die Beleuchtung durch übermäßige Vibrationen großer Maschinen beeinträchtigt wird. Leuchten, die entlang von Straßen und Tunneln installiert werden, müssen wiederholten Vibrationen standhalten, die durch mit hoher Geschwindigkeit vorbeifahrende schwere Fahrzeuge verursacht werden. Vibrationen gehören zum typischen Arbeitsalltag von Arbeitsscheinwerfern, die an Bau-, Bergbau- und Landwirtschaftsfahrzeugen, Maschinen und Geräten montiert sind. Tragbare Leuchten wie Taschenlampen und Campinglaternen sind häufig Stürzen ausgesetzt. Es gibt auch viele Anwendungen, bei denen kaputte Lampen eine Gefahr für die Bewohner darstellen. All diese Herausforderungen erfordern eine robuste Beleuchtungslösung, und genau das kann Solid-State-Beleuchtung bieten.
11. Produktlebensdauer
Eine lange Lebensdauer ist einer der Hauptvorteile der LED-Beleuchtung, doch Behauptungen über eine lange Lebensdauer, die sich ausschließlich auf die Lebensdauer des LED-Pakets (Lichtquelle) stützen, können irreführend sein. Als Nutzungsdauer eines LED-Pakets, einer LED-Lampe oder einer LED-Leuchte wird oft der Zeitpunkt bezeichnet, an dem die Lichtstromleistung auf 70 Prozent der ursprünglichen Leistung, also L70, gesunken ist. Typischerweise haben LEDs (LED-Pakete) eine L70-Lebensdauer zwischen 30,000 und 100,000 Stunden (bei Ta=85 Grad). Allerdings werden LM-80-Messungen, die zur Vorhersage der L70-Lebensdauer von LED-Paketen mithilfe der TM-21-Methode verwendet werden, durchgeführt, wobei die LED-Pakete kontinuierlich unter gut kontrollierten Betriebsbedingungen (z. B. in einer temperaturkontrollierten Umgebung) betrieben werden und mit einem konstanten DC-Antriebsstrom versorgt). Im Gegensatz dazu sind LED-Systeme in realen Anwendungen häufig mit einer höheren elektrischen Überlastung, höheren Sperrschichttemperaturen und raueren Umgebungsbedingungen konfrontiert. Bei LED-Systemen kann es zu einer beschleunigten Lumenerhaltung oder einem völlig vorzeitigen Ausfall kommen. Im Allgemeinen haben LED-Lampen (Glühbirnen, Röhren) eine L70-Lebensdauer zwischen 10,000 und 25,000 Stunden, integrierte LED-Leuchten (z. B. Hallenleuchten, Straßenlaternen, Downlights) haben eine Lebensdauer zwischen 30,000 000 Stunden und 60,000 Stunden. Im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungsprodukten – Glühlampen (750-2,000 Stunden), Halogenlampen (3,000-4,000 Stunden), Kompaktleuchtstofflampen (8,000-10 ,000 Stunden) und Metallhalogenid (7,500-25,000 Stunden) bieten LED-Systeme, insbesondere die integrierten Leuchten, eine deutlich längere Lebensdauer. Da LED-Leuchten nahezu wartungsfrei sind, bilden reduzierte Wartungskosten in Verbindung mit hohen Energieeinsparungen durch den Einsatz von LED-Leuchten über ihre längere Lebensdauer die Grundlage für einen hohen Return on Investment (ROI).
12. Photobiologische Sicherheit
LEDs sind photobiologisch unbedenkliche Lichtquellen. Sie erzeugen keine Infrarotemission (IR) und emittieren eine vernachlässigbare Menge ultraviolettes (UV) Licht (weniger als 5 uW/lm). Glühlampen, Leuchtstofflampen und Metallhalogenidlampen wandeln 73 Prozent, 37 Prozent bzw. 17 Prozent der verbrauchten Energie in Infrarotenergie um. Sie emittieren auch im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums – Glühlampen (70-80 uW/lm), Kompaktleuchtstofflampen (30-100 uW/lm) und Metallhalogenid (160-700 uW/lm). . Lichtquellen, die UV- oder IR-Licht aussenden, können bei ausreichend hoher Intensität eine photobiologische Gefahr für Haut und Augen darstellen. Die Einwirkung von UV-Strahlung kann zu Katarakt (Trübung der normalerweise klaren Linse) oder Photokeratitis (Hornhautentzündung) führen. Kurzfristige Einwirkung hoher IR-Strahlung kann zu thermischen Schäden an der Netzhaut des Auges führen. Eine langfristige Einwirkung hoher Dosen an Infrarotstrahlung kann den Glasbläser-Katarakt auslösen. Durch Glühlampenbeleuchtungssysteme verursachte thermische Beschwerden sind im Gesundheitswesen seit langem ein Ärgernis, da herkömmliche OP-Arbeitsplatzleuchten und zahnärztliche Behandlungsleuchten Glühlampen verwenden, um Licht mit hoher Farbtreue zu erzeugen. Der von diesen Leuchten erzeugte hochintensive Strahl liefert eine große Menge thermischer Energie, die für Patienten sehr unangenehm sein kann.
Bei der Diskussion über die photobiologische Sicherheit steht zwangsläufig häufig die Gefahr durch blaues Licht im Mittelpunkt, bei der es sich um eine photochemische Schädigung der Netzhaut handelt, die durch Strahlenexposition bei Wellenlängen hauptsächlich zwischen 400 nm und 500 nm entsteht. Ein häufiges Missverständnis besteht darin, dass LEDs möglicherweise eher eine Gefahr durch blaues Licht darstellen, da die meisten weißen LEDs mit Phosphor-Konvertierung eine blaue LED-Pumpe verwenden. DOE und IES haben klargestellt, dass sich LED-Produkte hinsichtlich der Gefahr von blauem Licht nicht von anderen Lichtquellen mit der gleichen Farbtemperatur unterscheiden. Selbst unter strengen Bewertungskriterien stellen phosphorkonvertierte LEDs kein solches Risiko dar.
13. Strahlungseffekt
LEDs erzeugen Strahlungsenergie nur im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums von etwa 400 nm bis 700 nm. Diese spektrale Eigenschaft verschafft LED-Leuchten einen wertvollen Anwendungsvorteil gegenüber Lichtquellen, die Strahlungsenergie außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums erzeugen. UV- und IR-Strahlung herkömmlicher Lichtquellen birgt nicht nur fotobiologische Gefahren, sondern führt auch zur Materialdegradation. UV-Strahlung ist für organische Materialien äußerst schädlich, da die Photonenenergie der Strahlung im UV-Spektralband hoch genug ist, um eine direkte Bindungsspaltung und Photooxidationswege hervorzurufen. Die daraus resultierende Störung oder Zerstörung des Chromophors kann zu Materialschäden und Verfärbungen führen. Museumsanwendungen erfordern die Filterung aller Lichtquellen, die UV-Strahlung über 75 uW/lm erzeugen, um irreversible Schäden an Kunstwerken zu minimieren. IR verursacht nicht die gleichen photochemischen Schäden wie UV-Strahlung, kann aber dennoch zu Schäden beitragen. Eine Erhöhung der Oberflächentemperatur eines Objekts kann zu einer beschleunigten chemischen Aktivität und physikalischen Veränderungen führen. IR-Strahlung mit hoher Intensität kann zu Oberflächenverhärtung, Verfärbung und Rissbildung von Gemälden, Verfall von Kosmetikprodukten, Austrocknen von Gemüse und Früchten, Schmelzen von Schokolade und Süßwaren usw. führen.
14. Brand- und Explosionsschutz
Brand- und Expositionsgefahren sind keine Merkmale von LED-Beleuchtungssystemen, da eine LED elektrische Energie durch Elektrolumineszenz innerhalb eines Halbleitergehäuses in elektromagnetische Strahlung umwandelt. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien, die Licht durch Erhitzen von Wolframfäden oder durch Anregung eines gasförmigen Mediums erzeugen. Ein Fehler oder unsachgemäße Bedienung kann zu einem Brand oder einer Explosion führen. Metallhalogenidlampen sind besonders explosionsgefährdet, da die Quarzbogenröhre bei hohem Druck (520 bis 3.100 kPa) und sehr hoher Temperatur (900 bis 1.100 Grad) betrieben wird. Nicht-passive Ausfälle der Bogenentladungsröhre, die durch das Ende der Lebensdauer der Lampe, durch Ausfälle des Vorschaltgeräts oder durch die Verwendung einer falschen Lampen-Vorschaltgerät-Kombination verursacht werden, können zum Bruch des Außenkolbens der Metallhalogenidlampe führen. Die heißen Quarzsplitter können brennbare Materialien, brennbare Stäube oder explosive Gase/Dämpfe entzünden.
15. Kommunikation mit sichtbarem Licht (VLC)
LEDs können mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden, die schneller ist, als das menschliche Auge erkennen kann. Diese unsichtbare Ein-/Ausschaltmöglichkeit eröffnet eine neue Anwendung für Beleuchtungsprodukte. Die LiFi-Technologie (Light Fidelity) hat in der drahtlosen Kommunikationsbranche große Aufmerksamkeit erhalten. Es nutzt die „EIN“- und „AUS“-Sequenzen der LEDs zur Datenübertragung. Im Vergleich zu aktuellen drahtlosen Kommunikationstechnologien, die Funkwellen verwenden (z. B. Wi-Fi, IrDA und Bluetooth), verspricht LiFi eine tausendmal größere Bandbreite und eine deutlich höhere Übertragungsgeschwindigkeit. Aufgrund der Allgegenwärtigkeit von Beleuchtung gilt LiFi als attraktive IoT-Anwendung. Jede LED-Leuchte kann als optischer Zugangspunkt zur drahtlosen Datenkommunikation genutzt werden, sofern ihr Treiber in der Lage ist, Streaming-Inhalte in digitale Signale umzuwandeln.
16. DC-Beleuchtung
LEDs sind strombetriebene Niederspannungsgeräte. Diese Beschaffenheit ermöglicht es der LED-Beleuchtung, die Vorteile von Niederspannungs-Gleichstrom-Verteilungsnetzen zu nutzen. Es besteht ein wachsendes Interesse an Gleichstrom-Mikronetzsystemen, die entweder unabhängig oder in Verbindung mit einem Standardversorgungsnetz betrieben werden können. Diese kleinen Stromnetze bieten verbesserte Schnittstellen zu Erzeugern erneuerbarer Energien (Sonne, Wind, Brennstoffzelle usw.). Lokal verfügbarer Gleichstrom macht eine Wechselstrom-Gleichstromumwandlung auf Geräteebene überflüssig, die einen erheblichen Energieverlust mit sich bringt und eine häufige Fehlerquelle bei wechselstrombetriebenen LED-Systemen darstellt. Hocheffiziente LED-Beleuchtung verbessert wiederum die Autonomie von wiederaufladbaren Batterien oder Energiespeichersystemen. Da die IP-basierte Netzwerkkommunikation an Bedeutung gewinnt, hat sich Power over Ethernet (PoE) als stromsparende Microgrid-Option herauskristallisiert, um Niederspannungs-Gleichstrom über dasselbe Kabel zu liefern, das auch die Ethernet-Daten liefert. LED-Beleuchtung bietet klare Vorteile, um die Stärken einer PoE-Installation zu nutzen.
17. Kaltbetrieb
LED-Beleuchtung eignet sich hervorragend für Umgebungen mit kalten Temperaturen. Eine LED wandelt elektrische Energie durch Injektionselektrolumineszenz in optische Energie um, die aktiviert wird, wenn die Halbleiterdiode elektrisch vorgespannt ist. Dieser Startvorgang ist nicht temperaturabhängig. Eine niedrige Umgebungstemperatur erleichtert die Ableitung der von LEDs erzeugten Abwärme und verhindert so einen thermischen Abfall (Verringerung der optischen Leistung bei erhöhten Temperaturen). Im Gegensatz dazu stellt der Betrieb bei kalten Temperaturen für Leuchtstofflampen eine große Herausforderung dar. Um die Leuchtstofflampe in einer kalten Umgebung zum Starten zu bringen, ist eine Hochspannung erforderlich, um den Lichtbogen zu zünden. Auch Leuchtstofflampen verlieren bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt einen erheblichen Teil ihrer Nennlichtleistung, wohingegen LED-Leuchten in kalten Umgebungen ihre beste Leistung erbringen – sogar bis zu -50 Grad. LED-Leuchten eignen sich daher ideal für den Einsatz in Gefrierschränken, Kühlschränken, Kühlräumen und Außenanwendungen.
18. Umweltauswirkungen
LED-Leuchten verursachen deutlich weniger Umweltauswirkungen als herkömmliche Lichtquellen. Ein geringer Energieverbrauch führt zu geringen CO2-Emissionen. LEDs enthalten kein Quecksilber und verursachen daher am Ende ihrer Lebensdauer weniger Umweltprobleme. Im Vergleich dazu erfordert die Entsorgung von quecksilberhaltigen Leuchtstofflampen und HID-Lampen strenge Abfallentsorgungsprotokolle.
