Wieso muss man LED Lampen so aufwendig kühlen wie z.B. LED Autoscheinwerfer mit Ventilatoren usw.?

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5 Antworten

Hallo DerKleineDicke3,

Leider werden in der Werbung viele Dinge versprochen die bei genauer Betrachtung nicht stimmen. So liegt der Wirkungsgrad von LED-Leuchtmitteln nicht bei 95%, wie manchmal behauptet wird, sondern bei etwa 30% bis aller höchstens 40% (bleibt meistens darunter). Das ist im Vergleich zu den nicht einmal 5% einer Glühlampe, ehrlicher wäre eigentlich 3-4%, eine Verbesserung um den Faktor 6 bis 10, eigentlich schon ganz ordentlich.

Auf der anderen Seite treten aber immer noch 60% bis 70% Verluste überwiegend in Form von Wärme auf, davon ein großer Teil in der Vorschaltelektronik, ein andere Teil direkt im LED-Chip, und noch ein Teil in der Lichtdurchlässigen Umhüllung durch Anwendung optischer Filter-Beschichtungen.

Verluste in Form von Wärme, egal in welcher Höhe, müssen immer vom Entstehungsort der Wärme abgeleitet werden, weil sonst eine Wärmestau entsteht. Der LED-Chip einer ungekühlten Hochleistungs-LED würde immer heißer werden und bei Temperaturen über 120 Grad Celsius würde allmählich ein Wert erreicht, der den LED-Chip zerstört, genau wie bei einem Prozessor in einem PC, der unbedingt gekühlt werden muss, um nicht den Hitzetod zu sterben.

Bei einem LED-Chip kann eine Temperatur bis 70 Grad Celsius auftreten, ohne die Funktion und Lebensdauer nennenswert zu beeinträchtigen. Steigt die Temperatur über diesen Wert, reduziert das die Lebensdauer und zwar um so mehr, je höher die Temperatur steigt.

Überall, wo hohe Ströme fließen, entsteht in der Struktur eines jeden Leiters/Halbleiters durch Reibung der Elektronen an der atomaren Gitterstruktur, also am messbaren elektrischen Innenwiderstand, eine Erwärmung auf. Nur bei Supraleitern fällt der sonst immer vorhandene Innenwiderstand auf Null Ohm, wodurch fließender Strom zu keiner Erwärmung führt. In allen anderen Fällen entsteht immer Wärme, und zwar umso mehr, je höher die Spannung und der dadurch steigende Stromfluss ist.

Am Innenwiderstand entsteht ein Spannungsabfall und die Verlustleistung kannst du leicht berechnen:

Die Leistung P in Watt = Spannungsabfall in Volt (am Innenwiderstand Ri) multipliziert mit dem fließenden Strom I in Ampere.

Nimm ein Netzteil mit einer Spannung von 10 V und schließe einen Widerstand mit einem Wert von 10 Ohm daran an. Es wird ein Strom I fließen, der sich errechnet durch 10 V / 10 Ohm, also 1 Ampere. Die komplette Spannung fällt dabei am 10 Ohm Widerstand ab und es entsteht eine Verlustleistung P in Form von Wärme von 10 V * 1 A = 10 Watt. Dieser Widerstand wird sich sehr schnell erwärmen und ohne entsprechende Kühlung durchbrennen.

Genau so verhält es sich mit dem Innenwiderstand Ri eine LED, dem fließenden Strom und dem Spannungsabfall an der LED. Eine LED ist besser als eine Glühlampe, aber noch weit von einem idealen Leuchtmittel entfernt!!

Ich hoffe, dass diese Erklärung leicht verständlich ist, mehr als multiplizieren und dividieren habe ich nicht von dir verlangt und was Strom, Spannung und elektrischer Widerstand sind, gehört zur Erklärung dazu und ist leider unverzichtbar.

Grüße, Dalko

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Das LED-Leuchten nicht warm oder heiß werden können ist ein häufiger Trugschluss.

Tatsächlich werden die kleinen Mini-Leuchtdioden nicht spürbar warm. Doch die verwendeten kleinen SMD-Hochleistungs-LEDs werden schon deutlich warm bis heiß. Außerdem werden noch diverse elektronische Bauteile benötigt, damit das Leuchtmittel auch in z.B. 230V Lampenfassungen funktioniert. Alle produzieren Wärme - und diese auf kleinstem Raum. Und leider sind die Bauteile auch alle wärmeempfindlich. Daher werden vermutlich viele kleine LED-Lampen (besonders die hellsten in kompaktester Ausführung) die versprochene Lebensdauer - zumindest bei Dauerbetrieb - kaum erreichen.

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welche LED-Lampen werden mit Ventilatoren gekühlt? Die müssen schon sehr stark sein. Bei den üblichen reichen Kühlrippen. Ich gehe mal von Spots aus, Halogenlampen dürfen heißer sein, da ist keine Elektronik drin. Elektronik hats nicht gern heiß, mindert die Lebensdauer. Der Wirkungsgrad von LED-Lampen dürfte um die 20-25% liegen,. so viel wie Energiesparlampen. Der von Halogenlampen um die 5%. 

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Kommentar von DerKleineDicke3
29.11.2015, 20:05

Autoscheinwerfer wie ich geschrieben habe, aber meine Frage hast du nicht beantwortet.

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Die LEDs sind sehr energieeffizient im Vergleich zu Glühlampen. Trotzdem produziert auch die LED mehr Wärme als Licht.

Eine Glühbirne wird diese Wärme meist (Bühnenscheinwerfer haben auch eine Gebläsekühlung) auf natürlichem Weg los: Ein Teil als Wärmestrahlung (entfällt bei der LED komplett) und ein Teil durch Wärmeströmung: An der heißen Lampe erwärmt sich die Luft, steigt nach oben, und kalte Luft strömt nach.

Die Wärmeströmung funktioniert richtig gut bei einem richtig heißen Körper. Die LED ist aber ein Halbleiter, so wie auch der Transistor in Deiner Endstufe oder der Prozessor in Deinem PC. Und Halbleiter mögen überhaupt nicht, wenn sie heiß werden. Erst leidet die Lebensdauer und die Effizienz, und wenn es noch wärmer wird, geben sie schlagartig den Geist auf.

Zusammengefasst: Die LED produziert zwar weniger Abwärme, muss aber auch auf viel niedrigere Temperaturen gekühlt werden. Deshalb braucht man entweder große Kühlflächen, oder einen Lüfter.

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das Problem ist, dass LEDs sehr temperaturempfindlich sind. werden sie zu warm, halten sie nicht lange. eigendlich wie bei jeder normalen glühlampe. allerdings eben auf einem deutlich niedrigeren Temperaturlevel.

lg, Anna

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