LED Wärme & Lebensdauer

„LEDs werden nicht heiß und haben eine extrem lange Lebensdauer!“

Beide Aussagen sind NICHT zwangsläufig richtig und hängen direkt miteinander zusammen. Absolut richtig ist, dass eine LED, im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Lichtquellen, nahezu keine Wärme ausstrahlt, sondern nur sichtbares Licht. Dies ist ein Grund für ihre hohe Effizienz.

Die Grafik 1 zeigt ein Strahlungsspektrum einer herkömmlichen Halogen-Glühlampe. Links ist die sichtbare Strahlung, das Licht. Rechts und dunkelrot markiert ist die Infrarot-Strahlung, also Wärme. Eine Glühlampe wandelt nur 5-10% der aufgenommenen elektrischen Leistung in sichtbares Licht um!

Wärmestrahlung Glühlampe

Grafik 1: Strahlungsspektrum einer Glühlampe

 

Grafik 2 zeigt den selben Spektralbereich einer warmweißen LED. Hier gibt es überhaupt keine Infrarot-Strahlung. Sie kennen das: Selbst hellste LED-Lampen können sie jederzeit berühren, ohne sich dabei die Finger zu verbrennen.

Strahlungsspektrum einer LED

Grafik 2: Strahlungsspektrum einer warmweißen LED

Dies bedeutet jedoch nicht, dass eine LED 100% Effizienz besitzt. Mit bis zu 150lm/W erreichen die aktuell hellsten LEDs maximal 50% Effizienz. Immerhin  ist das zehn mal höher als bei herkömmlichen Glühlampen!

Was geschieht mit den übrigen 50%? Die LED ist ein Halbleiter, im Grundprinzip vergleichbar mit den Halbeitern, die in Computerchips verwendet werden und wie jeder Halbleiter erzeugt auch sie Verlustwärme. Diese wird nicht ausgestrahlt, sondern sammelt sich im LED-Chip und würde diesen auf Dauer sprichwörtlich zersetzen, wenn sie nicht abgeleitet wird. LEDs verlieren rapide an Helligkeit du damit an Lebensdauer, wenn sie zu heiß werden. Grafik 3 zeigt das Verhalten beispielhaft.

Lebensdauer entsprechend LED Temperatur

Grafik 3: Lebensdauer in Abhängigkeit von der LED Temperatur

Bei leistungsschwachen, z.B. einfachen bedrahteten LEDs ist dieses Thema vernachlässigbar, da die Wärme ausreichend über die Stromzuführung, die Pins und Kupferleitbahnen, mit abgeführt wird. Je leistungsstärker und heller eine LED-Lichtquelle wird, desto wichtiger wird das Thema Wärmeableitung. LED-Studien empfiehlt den Einsatz zusätzlicher Kühlelemente z.B. bei LED-Streifen ab einer Leistung von 10W/m.

Eine Wärmeableitung kann elegant z.B. bereits durch den Einsatz von frei liegenden LED-Aluprofilen erreicht werden. Weitere Optionen sind der Einsatz einfacher Alubleche oder anderer metallener Elemente, auf denen die LEDs befestigt sind. Die Produkte von LED-Studien sind in jedem Fall für eine effektive Wärmeabfuhr optimiert. Fragen Sie uns im Zweifelsfall.

LED Aluleiste

LED Leiste in einem Aluprofil

Wie heiß wird meine LED?

Leider lässt sich die Chip-Temperatur einer LED nicht direkt messen. Eine einfache Methode, um zu ermitteln, ob ihre LED zu heiß wird, ist die folgende:

Wenn Ihre LEDs auf einem Kühlelement (z.B. Alu Profil) montiert sind, so sollten sie dieses auch nach 1 Stunde Dauerbetrieb noch problemlos berühren können, ohne sich sofort die Finger zu verbrennen (max. 80°C). Es ist dabei nicht notwendig, dass sie das Kühlelement länger in der Hand halten können (unter 60°C). Achten Sie aber in jedem Fall auch auf die Helligkeitsentwicklung der LEDs nach dem Einschalten!

 

Temperaturverhalten von LEDs

LEDs reagieren auf Wärmezunahme mit reduzierter Helligkeit. Sehen Sie hierzu Grafik 4.

Temperaturverhalten diverser LED

Grafik 4: Temperaturverhalten diverser LED

Jede LED-Farbe hat ein anderes Verhalten, wobei rote LEDs mit Abstand am empfindlichsten reagieren. Registrieren Sie also einen übermäßigen Helligkeitsverlust Ihrer LEDs nach dem Einschalten (Tip: Eine Fotokamera mit manueller Einstellung kann hier akkurate Vergleichswerte liefern!), dann werden sie vermutlich zu heiß im Betrieb.

Beobachten Sie einen übermäßigen Helligkeitsverlust bei einem gleichzeitig eher noch kühlen Kühlelement, versuche Sie die Verbindung zwischen LEDs und dem Kühlelement zu verbessern, z.B. mit speziell erhältlichem Wärmeleitkleber.

2 Kommentare

  • Temperatur am LED chip = junction Temperatur, Grafiken 1 und 2 : Spektren aufgenommen, bei welcher Temperatur? Grafik3: Betrieb von LEDs bei der gezeigten Tj führt schon zu deutlich verkürzteren Lebensdauern, sowie Rücknahme des max zulässigen Stroms. automotive Osram Ostar z.B. Tj 175°C 100h mittlere Lebensdauer und keinesfalls im Bereich von 10.000 Stunden. Natürlich kann man Tj bestimmen z.B.: https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/
    Oder auch mit unserem Verfahren: https://www.led-temperature-protection.com

  • Hallo Herr Niggemeyer,
    die Spektren wurden bei normaler Raumtemperatur (ca. 25°) aufgezeichnet. Sowohl Halogen-Glühlampe als auch die LED wurden 10 Minuten „eingebrannt“, so dass Tj bei der LED bei über 100°C lagen.

    Grafik 3 ist selbst erstellt und basiert auf Angaben von Philips. Diese Grafik ist auch nur als Beispiel gedacht. Sicherlich gibt es Abweichungen und einige LED, wie die genannte OSRAM OSTAR haben andere Verläufe.

    Vielen Dank für die Hinweise bezüglich Tj-Ermittlung.

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