Wie hoch ist der Wirkungsgrad und Effizienz bei LED Lampen?

Lampen mit moderner LED Technik gelten als energieeffizienteste Beleuchtungssysteme auf dem Markt. Doch wie hoch ist der Wirkungsgrad und die Effizienz bei LED Lampen tatsächlich? Mehr Informationen dazu sind im folgenden Artikel zu finden.

Seit dem Jahr 2009 gilt in der EU ein schrittweise eingeführtes Produktions- bzw. Import-Verbot für herkömmliche Glühbirnen und Halogenlampen. Ziel dieser Verordnung ist es, dass Leuchtmittel mit geringer Energieeffizienz nach und nach durch moderne Systeme ersetzt werden. Während damals vor allem Energiesparlampen als Alternative zum Einsatz kamen, wird heutzutage verstärkt auf LED Leuchtmittel gesetzt. Schließlich handelt es sich bei den auf Leuchtdioden Technik basierenden Systemen um die energieeffizienteste Beleuchtung auf dem Markt.

 

Was versteht man unter Wirkungsgrad und Effizienz?

Die Begriffe Wirkungsgrad und Effizienz stammen aus der Physik. Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz eines technischen Systems als dimensionslose Verhältniszahl oder Prozentsatz. In der Regel ist damit das Verhältnis der abgegebenen Energie (Nutzenergie) zur zugeführten Energie gemeint. Speichert das technische System keinerlei Energie, dann kann Wirkungsgrad auch direkt zur Bestimmung des Verhältnisses von abgegebener Leistung (Nutzleistung) zur zugeführten Leistung herangezogen werden. Der Wirkungsgrad kann einen Wert von 0 bis 1 besitzen, je höher dieser Wert ausfällt, desto höher ist auch der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz des technischen Systems.

 

Wirkungsgrad und Effizienz bei der Lichterzeugung

Wenn es um den Wirkungsgrad und Effizienz bei der Lichterzeugung geht, dann kommt ein weiterer Begriff hinzu, mit dem man sich beschäftigen muss: die Lichtausbeute. Dabei handelt es sich um den Quotienten aus dem von einer Lampe abgegebenen Lichtstrom in Lumen und der von ihr aufgenommenen Leistung in Watt. Je größer der Wert der Lichtausbeute ist, desto höher ist der für das Auge sichtbare Lichtstrom bei vorgegebener Leistungsaufnahme einer Lampe.

 

Wirkungsgrad und Lichtausbeute von LED Lampen

Das theoretische Maximum für die Lichtausbeute bei kalt-weißen LEDs liegt bei etwa 350 Lumen/Watt. Das bedeutet, eine LED Lampe müsste bei der Leistungsaufnahme von 1 Watt einen Lichtstrom von 350 Lumen erzeugen. Der Wirkungsgrad wäre hier 100 Prozent. Allerdings ist dies nur theoretisch möglich. In der Praxis kann der Wirkungsgrad von 100 Prozent nie erreicht werden, da eine LED Lampe aus verschiedenen Komponenten besteht, an denen stets Verluste auftreten. Neben der Leuchtdiode selbst, kann man in LED Lampen nämlich auch ein Vorschaltgerät oder Netzteil finden, zudem ist es entscheidend, welche Art von Halbleiter der Hersteller einer Lampe für die LEDs verwendet. Dazu kommen auch noch optische Einflüsse durch Linsen, Farbfilter und ähnliche Komponenten. Daher kommt man bei handelsüblichen LED Lampen auf einen reellen Wirkungsgrad zwischen ungefähr 30 und 40 Prozent.

Wirkungsgrad von LEDs berechnen

Wer den genauen Wirkungsgrad eines LED Leuchtmittels aus dem Handel berechnen möchte, muss dabei wie folgt vorgehen:

Das Leuchtmittel liefert 1500 Lumen bei einer Leistungsaufnahme von 12 Watt
1500 Lumen : 12 Watt = Lichtausbeute 125 Lumen/Watt
Physikalisches Maximum (100% Wirkungsgrad): 350 Lumen/Watt
125 Lumen/Watt : 350 Lumen/Watt = 0,36 entspricht einem Wirkungsgrad von 36 Prozent

 

Wirkungsgrad und Lichtausbeute im Vergleich

Obwohl der Wirkungsgrad von LED Leuchtmitteln mit 30 bis 40 Prozent weit vom Maximum entfernt liegt, stellen sie trotzdem die effizientesten Systeme bei der Lichterzeugung dar. Das liegt vor allem daran, dass andere Beleuchtungssysteme einen noch niedrigeren Wirkungsgrad besitzen.

Der Wirkungsgrad einer Glühlampe liegt bei etwa 5 Prozent. Es wird also lediglich ein Bruchteil der zugeführten Energie in Licht umgewandelt, die restlichen 95 Prozent gehen als Abwärme in der Umgebung verloren. Glühlampen erreichen eine Lichtausbeute von 10 bis 15 Lumen/Watt.

Der Wirkungsgrad einer Halogenlampe ist mit etwa 10 Prozent nur geringfügig besser. Auch hier geht der größte Teil von 90 Prozent der zugeführten Energie als Abwärme in der Umgebung verloren. Halogenlampen erreichen eine Lichtausbeute von 15 bis 20 Lumen/Watt.

Der Wirkungsgrad einer Energiesparlampe erreicht immerhin bis zu 25 Prozent. Es werden hier also lediglich 75 Prozent der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Energiesparlampen besitzen eine Lichtausbeute von 40 bis 60 Lumen/Watt.