Thermische Eigenschaften der LED

Was aber ist dann an der Abfuhr der so geringen Verlustwärme ein solches Problem und ein begrenzender Faktor? Warum ist es für die LED so viel schwieriger, 4 W von 7 W als Wärme wieder abzugeben, während die Halogenlampe 32 W von 35 W mühelos ohne irgendwelche zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen abgibt? Hier kommen drei Gründe zusammen:

  • Die LED ist sehr klein und daher die Entstehung der Wärme auf sehr wenig Fläche und Volumen konzentriert.
  • Als Halbleiter-Bauteil kann sie keine so hohen Temperaturen vertragen wie eine Glühlampe aus Metall und Glas.Dies hat auch über die Energie-Einsparung hinaus noch weitere Vorteile, weil die unter Umständen zerstörerischen Auswirkungen hoher Temperaturen (Bild 4.1) zwangsläufig vermieden werden.
  • Die Glühlampe wird deshalb einen großen Teil ihrer Wärme, etwa 50% bis 80%, durch Abstrahlung los, die LED fast nichts, da ihre Oberfläche sehr klein ist und die Wärmestrahlung mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur steigt.

Daher wurde die Kühlung bei der LED in »Thermo-Management« umbenannt. Geholfen hat dies aber auch nichts. Die Leistung der Lampen ist in erster Linie deshalb begrenzt, weil man nicht weiß, wie man die Wärme aus dem kleinen Bauteil heraus bekommen soll. So mussten anfangs einige Verbraucher die Erfahrung machen, dass die angegebenen 40 000 Stunden Lebensdauer schon nach drei Tagen verstrichen waren – doch was soll der Hersteller denn tun? Er steht vor einem Dilemma:

  • Ein Produkt mit einer Lebensdauer von 40 000 Stunden zu testen dauert prinzipiell 40 000 Stunden. Alle Methoden, die Prüfbedingungen zu verschärfen – wie etwa die Betriebsspannung und vor allem die Umgebungstemperatur zu erhöhen – um schneller zu Ergebnissen zu kommen, lassen diese umso ungenauer werden, je weiter man sich vom praktischen Betrieb entfernt. Rechnerische Methoden stecken ebenfalls voller Hypothesen und Annahmen, sprich Schätzwerk.
  • Die anfangs sehr teuren LED mussten »voll ausgeknautscht« werden, um mit möglichst wenigen davon in einem Leuchtmittel auszukommen. Die Betriebstemperaturen waren entsprechend hoch – die Ausfallraten auch. Mit noch mehr teuren LED im Leuchtmittel wäre dessen Markteinführung aber nicht mehr gelungen.

Heute liegen die nötigen Erfahrungswerte vor, und die Kosten für die Bauteile sind eher niedrig: So bekommt man einzelne LED und Module (bei Abnahmemengen zwischen 1 Stück und 150 Stück – keine Industriemengen!) für etwa 30 Cent bis 1,25 Euro je Watt (entsprechend gut 100 lm). Daher werden in heutigen Lampen genügend LED eingebaut, so dass die einzelne LED nur noch »lauwarm« wird. Nun wird es etwas mit der Lebensdauer. Eigentlich ist das Ganze ein Déjà vu: Das war bei der Einführung der KLL um nichts anders.

Hier wurde es aus diversen Gründen höchste Zeit für die Umrüstung der Decken-Einbaustrahler von je 35 W Halogen auf 7 W LED!
Hier wurde es aus diversen Gründen höchste Zeit für die Umrüstung der Decken-Einbaustrahler von je 35 W Halogen auf 7 W LED!