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Beleuchtungstechnik Hochvolt-LEDs sind in Retrofit-Leuchten wirtschaftlich sinnvoller

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Hochvolt LEDs dienen als Ersatz für die herkömmlichen Glüh- oder Leuchtstofflampen. Doch welche Anforderungen müssen sie haben und wie sieht der Markt für LED-Retrofits aus? Unser Beitrag gibt Antworten.

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Vorteile: Die Hochvolt-LEDs von Everlight Electronics
Vorteile: Die Hochvolt-LEDs von Everlight Electronics

Die Prognosen schätzten das Volumen der Solid State Lighting Integral Lamps auf 71 Millionen Einheiten im Jahr 2010 und 108 Millionen für das laufende Jahr 2011. Diese Menge mag zunächst eindrucksvoll erscheinen.

Doch verglichen mit der Anzahl herkömmlicher Glüh- und Leuchtstofflampen nimmt sich der Anteil von LED-Retrofits mit einer Marktdurchdringungsrate von deutlich unter 5% noch immer sehr bescheiden aus. Das langsame Wachstum der LED-Retrofit ist auf den hohen Preis zurückzuführen. Festkörperbeleuchtungslösungen für Anwendungen im Wohnbereich und Retrofit-Lampen liegen preislich immer noch höher als was der Verbraucher bislang im Handel zu zahlen bereit ist.

Tatsächlich zögern die Kunden noch, das Zehnfache für einen Leuchtmittelersatz zu zahlen, der ebenso gut ist wie sein herkömmliches Pendant, trotz seiner ökonomischen Aspekte. Allgemein gesagt sieht die Prioritätenfolge der Kaufargumente des Privatverbrauchers explizit so aus: der Preis, dann das Packaging, Leistung und Energieeinsparung, die Produktlebensdauer, die Ästhetik und ganz zum Schluss erst der Markenname. Um ein rapides Marktwachstum von LED-Retrofits voranzutreiben, bedarf es eines neuen Lichtquellentyps, der diese Hindernisse gezielt angeht.

Das Problem mit dem Wirkungsgrad

Vorzüge verschiedener LED-Typen: Die Ungleichheit zwischen dem Wirkungsgrad einer Leuchte und einer LED verlangt nach einer Lösung, die keiner Wandler, Treiber und zusätzlicher Komponenten bedarf
Vorzüge verschiedener LED-Typen: Die Ungleichheit zwischen dem Wirkungsgrad einer Leuchte und einer LED verlangt nach einer Lösung, die keiner Wandler, Treiber und zusätzlicher Komponenten bedarf
Traditionelle Leuchtmittel haben einen sehr niedrigen Wirkungsgrad, bei Halogen-MR und PAR-Lampen sind es um die 20 lm/W, bei Glühlampen nicht einmal das. LEDs mit einem höheren Wirkungsgrad stellen hier eine überlegene Alternative dar. Aktuelle LED-Leuchtmittel nutzen DC-LEDs als Hauptlichtquelle. Vergleicht man jedoch die Wirkungsgrade von LED-Leuchtmittel und DC-LED miteinander, ist der Unterschied nicht zu übersehen.

Beispielsweise wird eine LED mit einer Lichtausbeute von 100 lm/W, auch wenn sie richtig implementiert ist, eine Effizienz von nur 70 lm/W oder weniger hervorbringen. Abzüge beim Wirkungsgrad resultieren aus Verlusten in der Optik, durch Wärme und vor allem die Treiberlösung. Eine Standard-Treiberlösung verbraucht nicht nur 20 bis 30% der gesamten Energie sondern schlägt auch mit 25 bis 30% der Materialliste zu Buche.

Die kostspieligste Komponente der Treiberlösung ist der AC/DC-Wandler, der typischerweise aus einem Umformer und Gleichrichter oder anderen elektronischen Komponenten besteht. Könnte eine LED-Retrofit ohne eine komplette Treiberlösung auskommen, würde sich der Gesamtwirkungsgrad der Lampe mehr dem der LED, ihrer Lichtquelle, annähern. Der Verlust an Effizienz ließe sich potentiell zurückgewinnen und der Gesamtpreis der LED-Lampe reduzieren.

Wenn der Wandler in der Treiberlösung überflüssig ist

Vorteile: Die Hochvolt-LEDs von Everlight Electronics
Vorteile: Die Hochvolt-LEDs von Everlight Electronics
Hochvolt-LEDs sind in Bezug auf ihre Leistung im Grunde DC-LEDs. In gewissem Sinn sind HV-LEDs mehrere DC-LEDs in einem einzigen Gehäuse oder Chip. Der einzige Unterschied besteht darin, wie die HV-LED angesteuert wird. Je näher die Spannung der HV-LED der der effektiven Netzspannung kommt, desto weniger Komponenten benötigt die Treiberlösung.

LED-Designkonzeptionen: LEDs lassen sich mit Gleichstrom, Wechselstrom und als Hochvolt betreiben
LED-Designkonzeptionen: LEDs lassen sich mit Gleichstrom, Wechselstrom und als Hochvolt betreiben
Da die Spannung einer HV-LED der Netzpannung angepasst ist, wird ein Wandler in der Treiberlösung überflüssig. Das Ergebnis sind eine höhere Gesamteffizienz und geringere Stücklistenkosten der LED-Lampe. Hochvolt-LED-Lösungen von Everlight, die ab dem ersten Quartal 2011 erhältlich sind, umfassen eine 48 bis 54 V Single-Chip HV-LED, eine 110 V 4-Chip HV-LED-Serie für Nordamerika und Asien und eine 220 V 4-Chip-HV-LED-Serie für Europa. Werden LED-Lampen mit diesen HV-LEDs ausgestattet, ist eine komplette Treiberlösung nicht mehr nötig, sondern nur noch ein Brückengleichrichter, ein Widerstand und ein Kondensator für die absoluten Grundfunktionen. Je nach angestrebter Leistung und Designwunsch können noch ein paar weitere Komponenten hinzugefügt werden.

Zusätzlich zu den verbesserten Faktoren Kosten und Effizienz ergeben sich weitere Vorzüge aus der Verringerung der Bauelementeanzahl in LED-Retrofits.

  • Der Carbon Footprint wird drastisch reduziert – weniger zu fertigende Komponenten und weniger Schritte im Fertigungsprozess verringern den Kohlendioxidausstoß.
  • Die Platzzuteilung wird verbessert – bei einer kleineren Stückzahlenliste gibt es mehr Platz für eine zusätzliche Wärmeableitung.
  • Die Produktlebensdauer erhöht sich – die Lebenszeit einer LED-Lampe hängt oft von der Lebensdauer der anfälligeren Treiberkomponenten und ICs ab. Diese basiert nun auf dem längeren Lebenszyklus des eigentlichen LED-Bausteins und lässt sich durch zusätzliche Wärmeableitung sogar noch steigern.
  • Dimmbarkeit – HV-LEDs lassen sich mit dem richtigen Design dimmen.

* * Ewing Liu ist als Produktmanager bei Everlight Electronics Co, Ltd. in Taiwan verantwortlich für LED-Beleuchtungsprodukte.

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