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Die Lumen/Watt Effizienz einer Lampe

Ist es wichtig, die Effizienz seines Leuchtmittels zu wissen?

"Wie eine 60W Glühbirne", oder "wie eine 100W Glühbirne", diese Begriffe kennt sicher ein jeder.
Durch die enorme Stromeinsparung bei LED Leuchtmittel, werden diese Vergleiche gern herangezogen, um die Helligkeit eines Leuchtmittels anzugeben.

Die Helligkeit einer 100W Glühbirne kann man sich leichter vorstellen, als die Helligkeits-Angaben in Lumen.

Dies mag vielleicht stimmen, jedoch bleiben Lumen und Watt Angaben die wichtigsten Einheiten, um die Effizienz seines Leuchtmittels zu bestimmen.

Die gesamte Lichtleistung eines Leuchtmittels (Lichtstrom) wird in der Einheit Lumen angegeben. Dividiert man Lumen durch Watt, erhält man die Effizienz seines Leuchtmittels.


Vergleich:
100W Glühbirne ca. 1.350 lm;   60W Glühbirne ca. 700 lm
10W LED-Birne ca. 1.350 lm    6W LED-Birne ca. 700 lm

Beispiel:

LED 7W mit 280 lm = 40 lm/W (sehr schlechte Effizienz)
LED 7W mit 560 lm = 80 lm/W (gute Effizienz)
LED 7W mit 770 lm = 110 lm/W (sehr gute Effizienz)
Glühbirne 100W mit 1.350 lm = 13,5 lm/W (katastrophale Effizienz)

1.000 lm bei 20W = 50 lm/W (schlechte Effizienz)
1.000 lm bei 12W = 83 lm/W (gute Effizienz)
1.000 lm bei 10W = 100 lm/W (sehr gute Effizienz)
1.350 lm bei 100W = 13,5 lm/W (katastrophale Effizienz)

Durch den niedrigen Stromverbrauch von LEDs und der Verwendung von Helligkeits-Angaben in Lumen, kam es jedoch bei vielen Publishern zu einigen "Missverständnissen".

In einem Beitrag der WISO-Tipp Redaktion hieß es z.B. wörtlich:
"Beim Kauf einer neuen Lampe ist nicht mehr Watt entscheidend wie früher. Denn Watt ist die Maßeinheit für den Stromverbrauch. Entscheidend ist jetzt die Helligkeit, die wird in Lumen angegeben und so muss das auf jeder Verpackung stehen."

Gezeigt wurde dann eine Verpackungsaufschrift, dass diese 8W LED der Helligkeit einer 40W Glühbirne entspricht und 470 lm Lichtstrom abgibt.

Nur was sagt dieses Statement jetzt wirklich aus?
Watt ist nicht mehr entscheidend, sondern Lumen?

Dass dies nicht so ist, kann sehr einfach aufgezeigt werden.

Leuchtmittel
Kerze       42W
Glühbirne 15W
Glühbirne 25W
Glühbirne 40W
Glühbirne 60W
Glühbirne 75W
Glühbirne 100W
Glühbirne 150W
Glühbirne 200W
LED Birne 9,5W
Lumen,lm
     12
   100
   200
   400
   700
   900
1.350
2.000
3.000
1.000
lm/W
    0,3
    6,6
    8
   10
   11,6
   12
   13,5
   13,3
   15
   105
Lichtstärke,cd
      1
      7,96
     15,92
     31,83
     55,71
     71,62
    119,37
    159,16
    238,74
     79,58
Wenn dies stimmen würde, hätte die EU die altvertraute Heizung, sprich Glühbirne, nicht verbieten müssen. Denn erst wenn man den Lumen Wert durch Watt dividiert, erhält man den wichtigsten Effizienz Vergleichswert

Lumen/Watt

LEDs und die quecksilberhaltigen Energiesparlampen sind fast alle in der obersten Energieeffizienzklasse A angesiedelt, die in der EU-Richtlinie 98/11/EG vom 27. Jänner 1998 verabschiedet wurde.

Da jetzt fast alle dieser Leuchten in dem selben großen „Teich“ der Energieeffizienzklasse A schwimmen, kann NUR mit der lm/W- Berechnung eine „wirkliche“ Aussage über eine optimale Effizienz getroffen werden.

Die LED Birne, die in dem WISO-Tipp Beitrag gezeigt wurde, besitzt z.B. 470 Lumen bei 8 Watt Verbrauch. Also 58,8 Lumen/Watt.
Dieser Wert ist zwar nicht schlecht, aber einen „Effizienz-Preis“ würde diese Lampe sicher nicht gewinnen.

In unserer 3 Steps zur richtigen LED Beleuchtung Seite, empfehlen wir deswegen zuerst immer den lm/W Wert auszurechnen.

Wenn die lm/W Effizienz einer weissen oder warm weissen LED Lampe unter 50 lm/W liegt, sollte man, nach unserer Meinung, die Finger davon lassen und nach einer anderen LED Lampe Ausschau halten.
Dies ist "zum Glück" nicht mehr nur unsere Meinung und als Empfehlung zu verstehen, sondern wird auch von dem Bund der Energieverbraucher empfohlen!

Hier ein paar Vergleichsbeispiele von LED Birnen. Die LED Birne im Wiso Bericht hatte 58,8 lm/W

LED-Birne
LED Birne 1150 lm
12W 96lm/W
E27 warm weiss
LED-Birne
LED Birne 960 lm
8W Ra 80 120lm/W!!!
E27 warm weiss
LED Birne 1150lm
LED Birne 1150 lm
12W 95lm/W
E27 warm weiss
LED-Birne
LED Birne 1055 lm
13W 81lm/W
E27 warm weiss
LED Birne 1110lm
LED Birne 1110 lm
13W 85lm/W
E27 warm weiss

Hier noch einige Ausführungen über den Lumen/Watt Effizienzwert:

Den maximalsten Lumen/Watt Wert den man erreichen kann, ist ein fixer Wert und er beträgt 683 lm/W. (Km, maximales Photometrisches Strahlungsäquivalent)

Diesen Wert soll man aber für die Allgemeinbeleuchtung bitte sofort wieder VERGESSEN!!!,
denn diese 683 lm/W sind theoretisch nur mit monochromen(einfärbigen), grünem Laser Licht, bei einer Wellenlänge von 555nm und dies nur unter Laborbedingungen zu erreichen.

Lumen-Watt-Effizienz Wichtung von Lumen: Hellempfindlichkeitsgrad

Grünes Licht nimmt das menschliche Auge 10 mal heller wahr, als z.B. rotes und blaues.

Deswegen wird Lumen, unter Berücksichtigung der Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges berechnet.
Dieser "Helligkeitsunterschied" wird mit einem "Wichtwert" (Hellempfindlichkeitsgrad) angegeben.

Er ist bei Grün (555nm) 1 und bei Rot oder Blau, abhängig von der genauen Wellenlänge ca. 0,1.

Dieser "Wichtwert" kann "nur" in dem Bereich zwischen 0,0 bis 1 liegen, also ein sehr kleiner Bereich mit "dramatischen" Folgen.

Eine rote oder blaue Laser LED mit einem Hellempfindlichkeitsgrad von 0,1, kann unter Laborbedingungen somit "nur" maximale 68,3 lm/W erreichen.

Was hat dies nun mit unserem lm/W Effizienzwert zu tun?
Die vorigen Ausführungen sollen aufzeigen, dass der maximale lm/W Wert nicht ins „Unendliche“ gesteigert werden kann. Bei optimalen Bedingungen und 555nm (Grün) ist´s aus.

Weisses Licht ist wie z.B. das Sonnenlicht jedoch kein monochromes Licht, wie das oben beschriebene im Labor erzeugte grüne Laserlicht, sondern ein polychromatisches (gemischtes) Licht. Werden die "Lichtfarben" Blau, Grün und Rot „gemischt“ entsteht weisses Licht.

Hellempfindlichkeitskurve Die maximale Lumen/Watt Effizienz bei weissem Licht:

Legt man die Lichtstrahlen, der drei oben beschriebenen 1 Watt Laser LEDs mit einfärbigem Licht unter Laborbedingungen übereinander, würde eine maximale „WEISSE Helligkeit Effizienz“ von

theoretischen 273 lm/W
entstehen.
683 lm + 68 lm + 68 lm = 819 / 3W = 273 lm/W
Dieser Wert ist aber nur als Richtwert zu verstehen und ist von der Spektralverteilung einer weissen Lichtquelle abhängig.

Könnte man weisses Licht aus "blauem" Licht bei 489nm und einem Hellempfindlichkeitsgrad von 0,2 und "rotem" Licht bei 621nm und 0,4 und grünem bei 555nm und 1 erzeugen, wären dies schon ca. theoretische 360 lm/W. Nur ob der CRI (Farbwiedergabeindex) solch einer Leuchte zufriedenstellend wäre, ist sehr fraglich und ein anderes Thema.

Weisses Licht für die Allgemeinbeleuchtung besteht jedoch meist zu ca. zwei Drittel aus grünem Licht bei Wellenlängen von 515 bis 530 Nanometern. In diesem Bereich „echt grünes Licht“ ist eine hohe Effizienz, bedingt durch das Halbleitermaterial, sehr schwer zu erreichen. Hier liegt noch ein hohes Potenzial in der Halbleiterforschung. Den Wissenschaftlern von RoseStreet Labs oder Osram sind bereits herausragende Fortschritte gelungen.

Unter Alltagsbedingungen und mit „normalen“ LEDs, sollte unserer Meinung nach, in nicht all zu ferner Zukunft eine lm/W Effizienz von ca. 200- 250 lm/W möglich sein. Einige der heutigen LED Lampen besitzen jetzt schon eine tolle Effizienz von über 100 lm/W.

Die Fa. CREE erreichte bereits unter Laborbedingungen 254 lm/W bei 4400K und die neue "normale" XLamp® XP-G2 LED, die auf Crees Siliziumkarbid Technologie basiert, erreicht bei 350 mA und einer Farbtemperatur von 6000 K eine Effizienz von bis zu 151 Lm/W bei 85°C und 165 Lm/W bei 25°C. Bei warm Weisser Farbtemperatur von 3000K, erreicht diese LED bis zu 133 lm/W bei 85°C und 145 lm/W bei 25°C. Der CRI Wert wurde zwischen 70 und 80 angegeben.

Oled Technologie:
Viele Fachleute sind davon überzeugt, dass die Oled-Technologie in nicht all zu ferner Zukunft die Führungsrolle übernehmen wird. Zuerst in der Display Industrie, vom Großbild TV , Smartphone bis hin zur Videobrille und danach auch in der Allgemeinbeleuchtung bis hin zur Autobeleuchtung usw. usw. Ansonsten würden nicht auf der ganzen Welt Unsummen an Fördergeldern ausgegeben, um den Oledfortschritt voranzutreiben, wenn man nicht davon überzeugt wäre, dass es so kommt.
In der Allgemeinbeleuchtung jedoch, wird die OLED Beleuchtung noch einen harten Brocken in Form der lm/W Effiziez zu "schlucken" haben.




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