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!

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.

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!

Einfluss der Wärme auf die Lebensdauer bei LED

Was geschieht mit den übrigen 50%? Die LED ist ein Halbleiter, im Grundprinzip vergleichbar mit den Halbleitern, 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.

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.

LED-Ausfälle bei schlechter Wärme-Ableitung

Was passiert, wenn stärke LED ohne Kühlung z.B. direkt auf Holz oder Gipskarton geklebt werden, zeigt das folgende Bild:

LED-Ausfall bei LED-Streifen ohne Kühlung

Dieses Foto wurde in einem bekannten Geschäft für Elektronikbedarf aufgenommen. Die LED-Streifen als Muster waren dort direkt auf der Schautafel (Holz) aufgeklebt. Sicher sind sie dort schon einige hundert bis tausend Stunden im Einsatz. Die Mehrzahl der LED hat bereits deutlichen Schaden genommen und erreicht nicht mehr annähernd die ursprüngliche Helligkeit. Es entsteht ein völlig unregelmäßiges Lichtbild. So montierte LED-Streifen müssen also nach recht kurzer Zeit ersetzt werden.

Kühlung von LED-Streifen

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 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.

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.