Licht- und Beleuchtungstechnik
|
Elektrotechnik
Ersatz von Halogenspots durch LED-Leuchtmittel
ep11/2010, 4 Seiten
FÜR DIE PRAXIS Beleuchtungstechnik Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 938 Schwierigkeiten und Vorteile der LED Die Einschränkung der Betriebsmöglichkeit auf die Netzfrequenz verhindert oftmals die Umrüstung, da sich in den meisten bestehenden Anlagen elektronische Transformatoren (Konverter) im Einsatz befinden, die die eingehende Netzfrequenz zunächst in eine wesentlich höhere Frequenz umwandeln, um eine erheblich kleinere Baugröße des eigentlichen Transformators zu ermöglichen. Dabei spart man sich aber die Kosten und Mühe, die Spannung am Ausgang wieder in niedrigere Frequenz - oder in Gleichspannung, was einfacher ginge und den Zweck ebenso täte - umzuwandeln. So erscheint am Ausgang des Konverters eine hochfrequente Wechselspannung. Mit Wechselspannung können Leuchtdioden aber generell nichts anfangen. Deshalb wird die Spannung am Eingang des LED-Leuchtmittels zunächst gleichgerichtet. Die hohe Frequenz kann nun zur Überhitzung eines einfachen, für Netzfrequenz ausgelegten Brückengleichrichters führen - doch dies ist noch nicht der einzige Grund für die angegebenen Eingrenzungen des Einsatzes dieser ansonsten so vorteilhaften modernen Leuchtmittel. Das ist bedauerlich, denn die Ablösung wäre überfällig. Selbst wenn Laien wie Fachleute ständig zwischen „Glühlampen“ und „Halogenlampen“ unterscheiden, so ist dies doch nichts weiter als ein Anlass, um hier zum wiederholten Male zu klären: Halogen-Glühlampen, wie sie in diesem Zusammenhang stets gemeint sind, sind allemal Glühlampen und weisen höchstens geringfügig bessere Wirkungsgrade auf als Allgebrauchs-Glühlampen, wenn überhaupt. Eine Verwechslung mit Halogen-Metalldampflampen, welche zu den Entladungslampen zählen und damit in ganz andere Effizienzklassen fallen, wäre zwar nahe liegend, ist aber kaum jemals der Fall. Die Rede ist in diesem Zusammenhang tatsächlich fast immer von den beliebten „Halogenstrahlern“ - so auch hier. Soll jedoch wirklich massiv Energie gespart werden,so müssen diese Leuchtmittel besser jetzt als gleich durch Kompakt-Leuchtstofflampen oder LED-Lampen ersetzt werden, denn diese bieten gleichermaßen, ähnlich den Entladungslampen, sehr hohe Wirkungsgrade. Die häufig gehörte Behauptung, LED-Lampen seien noch effizienter als Leuchtstofflampen, stimmt zwar so nicht, denn sie bezieht sich auf Labormuster, die sich also nicht mit serienmäßigen Kompakt-Leuchtstofflampen messen lassen müssen. Dies ändert aber nichts daran, dass die jüngsten Entwicklungen bei der LED die Möglichkeit bieten, auch in der Praxis und auch schon jetzt recht gute Effizienzen zu erzielen. Zudem ist die LED ihrer Natur nach,auch ohne dass man erst einen Reflektor einbauen müsste, ein gerichtetes Leuchtmittel. Wird gerichtetes Licht gewünscht, bleibt also nur die LED als Alternative. Aus „Kompakt“- Leuchtstofflampen, die systembedingt weniger kompakt sind als jede Alternative, gerichtete Lichtquellen herstellen zu wollen, ist ein aussichtsloses Unterfangen. So gesehen stimmt das Argument der alles überragenden Effizienz der LED zumindest dann, wenn gerichtetes Licht benötigt wird. Auch haben erst die LED den Ersatz der beliebten Kleinspannungs-Halogenstrahler ermöglicht, die bis jetzt als „Energie sparend“ angepriesen werden mussten, um sie noch verkaufen zu können. Jetzt ist das nicht mehr nötig: Während es der Industrie nach eigenen Angaben gelungen ist, die Lichtausbeute der Halogenstrahler um annähernd 30 % zu verbessern, was auf den ersten Blick ganz respektabel erscheint, bringen es die hiermit voll kompatiblen LED-Leuchtmittel fast auf 80 %! Das deklassiert alle Glühlampen einschließlich 12-V-Halogen-Glühlampen und setzt ganz neue Maßstäbe. LED-Lampen und Halogenlampen-Transformatoren Voll kompatibel - stimmt das denn? Bei solchen Angaben ist leider immer Skepsis geboten. Doch tatsächlich, wenn ein herkömmlicher 50-Hz-Transformator aus Kupfer und Eisen installiert ist, dann klappt der Übergang auf LED-Leuchtmittel stets problemlos. Auch wenn sie mit Gleichspannung, etwa aus einem 12-V-Akkumulator im Wohnmobil oder im Boot, gespeist werden, ist dies den LED-Lampen ebenso gleichgültig, wie es zuvor den Glühlampen war, und die Elektronik hält die Leistungsaufnahme auch bei schwankender Batteriespannung weitgehend konstant (Tafel ). Meist aber werden heute elektronische Transformatoren oder Konverter verwendet. Diese werden von der Industrie vor allem angepriesen,weil sie effizienter seien als konventionelle Transformatoren und die Spannung am Ausgang bei Teillast konstant hielten - nicht etwa bei schwankender Eingangsspannung, denn dann ließen sie sich auch mit den dafür vorgesehenen Spezialdimmern nicht dimmen. Der wahre Grund der weiten Verbreitung elektronischer Betriebsgeräte für Kleinspannungs-Halogenlampen ist jedoch ihre geringe Baugröße, die ihre Unterbringung in recht kleinen Lücken ermöglicht. Mit den anderen beiden Vorteilen ist es indes nicht weit her, doch das 1 2 Ersatz von Halogenspots durch LED-Leuchtmittel S. Fassbinder, Düsseldorf In zunehmendem Maße werden auf dem Markt LED-Leuchtmittel mit Fassung GU 4 oder GU 5,3 angeboten, die einen direkten 1:1-Austausch als Ersatz für 12-V-Halogenlampen ermöglichen sollen. Oftmals wird dabei jedoch die Einschränkung gemacht, diese Lampen seien nur für Netzfrequenz, nicht für Betrieb an Hochfrequenz geeignet. Die beim Ersatz von Halogen-Glühlampen durch LED-Leuchtmittel an elektronischen Transformatoren möglichen Probleme... ...verspricht ein niederländisches Produkt aus China zu lösen Autor Dipl.-Ing. Stefan Fassbinder ist Berater für elektrotechnische Anlagen beim Deutschen Kupferinstitut (DKI), Düsseldorf. Beleuchtungstechnik FÜR DIE PRAXIS Tafel Messungen an dem hier vorgestellten LED-Leuchtmittel (Philips Master LED-Spot MR 16 LV, Nennspannung 12 V, Nennleistung 7 W, 900 mA, 2700 K) mit Gleichspannung und 50 Hz Wechselspannung Belastet mit: Halogen-Glühlampe Philips Master LED Spot Halogen-Glühlampe Halogen-Glühlampe Halogen-Glühlampe 5 W 7 W 10 W 20 W 50 W S (VA) P (W) S (VA) P (W) S (VA) P (W) S (VA) P (W) S (VA) P (W) 60 VA 5,8 5,1 12,3 9,3 11,1 10,7 19,7 19,4 44,7 44,3 105 VA 2,8 0,5 11,8 9,6 10,7 9,6 19,3 18,5 45,1 44,3 150 VA 4,5 1,5 14,7 9,5 11,2 9,7 22,0 21,5 50,7 49,9 210 VA 3,6 0,4 9,7 4,0 3,5 0,5 18,5 13,7 51,7 50,2 250 VA 4,3 0,5 11,3 5,3 6,7 2,5 20,7 16,6 52,4 58,8 Tafel Betrieb des hier vorgestellten LED-Leuchtmittels und verschiedener Glühlampen mit verschiedenen elektronischen Halogenlampen-Transformatoren unter Teillast Grün: Lampe leuchtet; Gelb: Lampe leuchtet mit verminderter Leistung; Blau: Lampe blinkt; Rot: Lampe leuchtet nicht ist hier und jetzt nicht das Thema - bis auf eben den Umstand, dass die elektronische Regelung dieser Konverter stets bei Unterschreitung einer bestimmten Belastung aussetzt. Die restlichen Lampen, wenn sie etwa teilweise ausgefallen sind, fangen an zu blinken. Eine Konstanthaltung der Ausgangsspannung unabhängig von der Last kann man das beim besten Willen nicht nennen. In Tafel wurde dies exemplarisch an einer Reihe elektronischer Halogenlampen-Transformatoren untersucht. Dabei reichte die Funktionsfähigkeit der hier geprüften Typen sogar noch erfreulich weit in den Teillast-Bereich hinein. Was passiert nun aber, wenn man 80 % Energie einsparen möchte und die Halogen-Glühlampen durch 12-V-LED-Leuchtmittel ersetzt? Der betreffende Transformator ist dann nur noch zu 20 % ausgelastet, und die Lampen können unter Umständen anfangen zu blinken. Dieses Problem ist den Herstellern natürlich bekannt und ein führendes Unternehmen brachte rechtzeitig zur Light & Building 2010 eine LED-Lampe heraus, die es lösen sollte (Bild , Bild ). In einer Pressemitteilung hieß es hierzu: „In der Vergangenheit hat der Austausch von Niedervolt-Halogenreflektorlampen ... gegen ... LED-Lösungen häufig Probleme bereitet. Der Grund waren viele unterschiedliche Transformatoren, die die Netzspannung in eine 12-V-Niederspanung [sic!] umwandeln. Viele kamen mit dem LED-bedingten verringerten Leistungsabruf nicht zurecht.“ Was mit „vielen unterschiedlichen Transformatoren“ gemeint war, wurde nicht näher aus-U (V) 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 I = (mA) 1070,0 1096,0 1086,0 1019,0 966,0 926,0 910,0 894,0 879,0 868,0 850,0 837,0 I (mA) 1044,0 1084,0 1144,0 1165,0 1044,0 898,0 900,0 899,0 898,0 891,0 883,0 877,0 P = (W) 6,440 7,690 8,500 8,100 7,900 8,300 7,700 7,700 7,700 7,800 7,600 7,500 P (W) 5,500 6,900 8,400 9,400 8,900 8,300 8,200 8,100 8,000 7,900 7,900 7,700 S = (VA) 6,440 7,690 8,700 9,200 9,700 10,300 10,500 10,700 11,000 11,200 11,400 11,700 S (VA) 6,264 7,588 9,152 10,485 10,440 9,878 10,350 10,788 11,225 11,583 11,921 12,278 Q = (VAr) 0,100 0,110 2,200 4,500 5,600 6,600 7,000 7,500 7,800 8,200 8,600 9,000 Q (VAr) 2,998 3,157 3,633 4,645 5,457 5,356 6,315 7,125 7,874 8,471 8,927 9,563 ...würde EDISON sagen „Wir haben das neu erfunden“ Erleben Sie den neuen X-line auf der GET Nord, Halle B5 Stand 316 Der erste KNX Motor von RADEMACHER · Der erste Rohrmotor mit integrierter KNX-Intelligenz - dem weltweit einzigen offenen Standard für die Haus- und Gebäudesystemtechnik · Der erste seiner Klasse mit„echter“ Statusmeldung und Visualisierung · Einsparung eines separaten KNX-Aktors · Kostenreduktion durch verringerten Verkabelungsaufwand und Platzersparnis im Verteilerkasten · Exakte Positionsanfahrt für eine einheitliche Fassadenansicht · Remote Service für maximale Sicherheit: aktuelle Position und Fehlfunktionen (z.B. Hindernis- oder Blockiererkennung) werden ausgelesen und an ein Ausgabemedium gemeldet · Einfache Plug- & Play-Lösung: selbstlernender Motor mit vollautomatischer Endpunkteinstellung geführt. Schließlich wandte sich der Text an die Nutzer und nicht notwendigerweise an Elektrofachleute, sonst hätte es auch „Kleinspannung“ heißen müssen, denn `unter uns' reicht Niederspannung bis 1000 V. Weiter heißt es dann: „Durch eine Simulation der elektrischen Merkmale einer Niedervolt-Halogenlampe stellt das elektronische System die von der LED-Ersatzlampe geforderten vier bis zehn Watt sicher zur Verfügung. Resultat: Ein störungssicherer LED-Betrieb mit gleichmäßigem, warmem Licht und eine bislang unerreichte Effizienz mit Energieeinsparungen von bis zu 80 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Halogen-Reflektorlampen.“ [1] Was sich hier zunächst aufdrängte, war die Frage, was denn nun unter einer „Simulation der elektrischen Merkmale einer Niedervolt-Halogenlampe“ zu verstehen sei. Eine Glühlampe, also auch eine „Niedervolt“-Halogenlampe (ein `niederes Volt' gibt es eigentlich nicht) ist eine ohmsche Last, und das heißt: · Spannung und Strom weisen die gleiche Kurvenform auf; · beide liegen zueinander in Phase. Ein Blick auf die Kurvenformen (Bild ) jeweils bei 10 V, 12 V und 14 V ließ davon jedoch denkbar wenig erkennen. Weiterhin muss man sich fragen, ob die Aussage aus der Pressemitteilung nur qualitativ zu verstehen ist, sich also auf die Wiederherstellung der Sinus-Kurvenform bezieht, was mit entsprechendem elektronischem Aufwand heute möglich ist (aktive Leistungsfaktor-Korrektur PFC bei EVG, zum Teil bei PC-Netzteilen usw.). Oder simuliert diese LED-Lampe auch die 5 Mal höhere Leistungsaufnahme der Glühlampe »irgendwie«, ohne wirklich die entsprechende Wirkleistung aufzunehmen? Doch wie sollte das gehen? Durch einen Leistungsfaktor in der Größenordnung um 0,2? Natürlich nicht. Die Stromaufnahme lag um 900 mA und der Leistungsfaktor damit um 0,75 (Tafel ). Wie zu erwarten, blieben nicht nur die verkündeten Eigenschaften, sondern auch deren versprochene Wirkungen aus, sonst hätte der grüne Bereich in Tabelle 2 in dem Spaltenpaar für die 7-W-LED-Lampe weiter nach unten reichen müssen als bei der 10-W-Glühlampe. Die Wertepaare stellen die Wirk- und Scheinleistung an der Eingangsseite des Konverters bei Nennspannung 230 V und Nennfrequenz 50 Hz dar. Wenn die „Simulation der elektrischen Merkmale einer Niedervolt-Halogen-Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 940 Messung der hier vorgestellten LED-Lampe, betrieben an einem konventionellen Transformator (50 Hz) Ein Ringkern-Transformator von 200 VA Nennleistung hat nur 0,7 % Leerlauf-Verlustleistung und erreicht daher bei 25 % Auslastung Wirkungsgrade um 95 % Quellen: S. Fassbinder, DKI Jetzt bestellen! Ein MUSS für jede Elektro-Fachkraft! Ich bestelle zur Lieferung gegen Rechnung zzgl. Versandspesen zu den mir bekannten Geschäftsbedingungen beim huss-shop, HUSS-MEDIEN Gmb H, 10400 Berlin KUNDEN-NR. (siehe Adressaufkleber oder letzte Warenrechnung) Firma/Name, Vorname Branche/Position/z. Hd. Telefon/Fax E-Mail Straße, Nr./Postfach Land/PLZ/Ort Datum/Unterschrift 1011 ep Preisänderungen und Liefer möglichkeiten vorbehalten Ich bin ep-Abonnent Expl. Bestell-Nr. Titel /Stück 3-341-01597-1 Bödeker, Prüfung ortsfester und ortsveränderlicher Geräte 29,80 HUSS-MEDIEN Gmb H 10400 Berlin Direkt-Bestell-Service: Tel. 030 42151-325 · Fax 030 42151-468 E-Mail: bestellung@huss-shop.de www.huss-shop.de NEU 10 % Preisvorteil für ep-Abonnenten Rechtliches und technisches Know-how im Überblick. Sie erfahren, welche Vorgaben bei der Umsetzung in der betrieblichen Praxis zu beachten sind. Den Schwerpunkt bildet die ausführliche Darstellung der ordnungsgemäßen Vorbereitung und normgerechten Durchführung der Prüfungen. Der Online-Service umfasst u. a. Software-Testversionen, Mustervorlagen und sämtliche TRBS (Technische Regeln für Betriebssicherheit). Bödeker, Prüfung ortsfester und ortsveränderlicher Geräte, 7., veränd. Aufl. 2010, 264 S., Broschur mit Online-Service Bestell-Nr. 3-341-01597-1, 29,80 lampe“ etwas bewirkt hätte, dann hätte diese 7-W-LED-Lampe im Gegensatz zur 10-W-Glühlampe an dem 210-VA-Elektroniktrafo noch funktionieren müssen, was nicht der Fall war, sondern vielmehr funktionieren beide bis einschließlich zum 150-VA-Trafo, und beide funktionieren am 210-VA-Trafo nicht mehr. Effekt also gleich null: Das Verhalten entspricht genau dem der Halogen-Glühlampen. Kann man Licht hören? Was in der Pressemitteilung nicht stand, bei den Messungen jedoch als die wahrscheinlich größte Überraschung auffiel, ist ein - wenn auch leises - surrendes Geräusch,das ertönt, sobald die LED-Lampe leuchtet! Da LED größerer Leistung ihre liebe Not mit der Abfuhr der Verlustwärme haben, hatte man einen Lüfter eingebaut, denn ein solcher aktiver Kühlkörper kostet unter Umständen weniger als ein richtig dimensionierter passiver. Ob die angegebene Lebensdauer von 50000 Betriebsstunden auch für den Lüfter oder aber nur für die eigentliche LED gilt, geht aus der Dokumentation, die den Lüfter völlig unerwähnt lässt, nicht hervor. Der Wechsel von Aluminium auf Kupfer wäre der technisch richtige Schritt gewesen - weniger wegen der um die Hälfte größeren Wärmeleitfähigkeit des Kupfers, denn der Engpass ist hier nicht die Wärmeleitung innerhalb des Stoffes, sondern der Übergang an die Umgebungsluft. Der Vorteil von Kupfer liegt vielmehr in dessen besserer Verarbeitbarkeit, die eine engere und zugleich dünnere Berippung von Kühlkörpern und damit ein geringeres Bauvolumen zulässt. Leider aber werden Metalle nach Masse und nicht nach Volumen gehandelt, und Kupfer ist nicht nur drei Mal so schwer wie Aluminium,sondern selbst auf das Kilogramm bezogen schon teurer. Ein kleinerer, aber leistungsfähigerer passiver Kühlkörper wäre also immer noch etwas teurer gewesen als ein Kühlkörper aus Aluminium mit aufgesetztem Lüfter. Nur hätte unbedingt ein Hinweis auf die Verpackung gehört, dass diese Lampe Geräusche verursacht! In einer Umgebung wie einem Kaufhaus wäre das Geräusch mit Sicherheit niemals aufgefallen, weil es gering ist und in solcher Umgebung dauerhaft ein gewisser Hintergrund-Geräuschpegel herrscht. Ein Versuch mit einer relativ empfindlichen Versuchsperson erwies jedoch diese Lampe sofort als für das Wohnzimmer vollkommen ungeeignet. Und dann war da noch der HNO-Arzt in der Schweiz, der Energie sparen wollte und seine Praxis mit 30 solcher Lampen ausrüstete - ausgerechnet einen Raum, in dem auch Gehörmessungen durchgeführt werden! Die Schweizer Fachpresse wird demnächst ausführlich über den Fall berichten. Jedenfalls mussten die Lampen sofort wieder verschwinden - eine teure Fehlinvestition. Bei geeigneter Dokumentation wäre diese vermeidbar gewesen, wenn auch dem Hersteller vielleicht im Moment ein einzelnes Geschäft entgangen wäre. Nun aber wird der Arzt zeitlebens einen großen Bogen entweder um LED-Lampen oder um die Produkte dieses einen Herstellers machen, und der entstandene Schaden sowohl für das einzelne Unternehmen als auch für das Ansehen der LED ist größer statt kleiner geworden. Mit geeignetem Kühlkörper wäre auch dies vermeidbar gewesen. Doch etwas Anderes führt die Suche nach Hinweisen auf der Verpackung sehr wohl zu Tage: Den klein, aber fein gedruckten Hinweis, der ausgerechnet diese durch die erwähnte Pressemitteilung als Lösung von HF-Problemen angepriesene Lampe nur zum Betrieb an 50/60 Hz zulässt (Bilder und ) und somit den HF-Betrieb ausdrücklich ausschließt. Also was denn nun? Fazit Dies lässt nur einen Schluss zu: Wer heute eine Kleinspannungs-Beleuchtung installiert und (vorerst noch) nicht zu LED-Leuchtmitteln greift, z. B. weil sich daran vorher schon Andere `die Finger verbrannt' haben, tut gut daran, schon bei der Planung genügend Platz vorzusehen und herkömmliche Transformatoren aus Kupfer und Eisen einzusetzen. Am besten bewähren sich hierzu Ringkern-Transformatoren. Anders, als man gemeinhin glaubt, ist deren Wirkungsgrad zwar bei Nennleistung auch nicht besser, aber sie weisen gegenüber geschichteten Kernen extrem niedrige Leerlauf-Verluste auf, und dies verbessert den Wirkungsgrad im Teillast-Betrieb ganz erheblich. Wenn also die Halogenstrahler später durch LED-Strahler ersetzt werden sollen, sobald diese Technik etwas ausgereifer ist, ist der Trafo nur noch zu etwa 25 % ausgelastet, und sein Wirkungsgrad ist in diesem Betriebspunkt unschlagbar (Bild ). Außerdem arbeiten Ringkern-Transformatoren völlig geräuschlos, und man erspart sich akustische Störungen, wie sie leider auftreten können, wenn man herkömmliche Transformatoren - etwa in Möbeln - stramm auf eine Holzunterlage schraubt. Es kann nicht angehen, dass man dann, wenn das LED-Licht endlich schweigt, den Trafo brummen hört. Mit Ringkern-Transformatoren aber ist man für die Zukunft bestens gerüstet. Er hält gut und gern 30 Jahre - und die Lampe von morgen auch. Nicht zuletzt deshalb passen die beiden so gut zusammen. Literatur [1] Philips-Pressemitteilung „Philips erweitert das Angebot an LED-Lampen“ zur Light & Building vom 12.04.2010. Bericht auch in: Baer, R.; Winterfeldt, S.: „Neue Lampen aller Art“, Elektropraktiker Berlin 64 (2010) 8; S. 637. Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 Buchholzstraße . D-51469 Bergisch Gladbach www.adels-contact.de ADELS-CONTACT, Ihr Partner für den Einsatz von LINECT® dem universellen Anschlusssystem für Einbauleuchten Reduzierte Lagerhaltung für Leuchtenhersteller durch Verwendung der LINECT® -Anschlussklemme LNCT990 Schnellerer Anschluss der Leuchte mit dem LINECT® -Steckadapter AC 166 GLNCT durch den Installateur Größere Entscheidungsfreiheit und -sicherheit für den Planer Informationen und Muster: LINECT@adels-contact.de
Ähnliche Themen
Autor
- S. Fassbinder
Downloads
Laden Sie diesen Artikel herunterTop Fachartikel
In den letzten 7 Tagen:
Sie haben eine Fachfrage?