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Lebensdauer in Einschaltstunden

Als Lebensdauer (Licht-Degradation) einer LED wird die Zeit bezeichnet, nach der der Lichtstrom im Mittel auf 70 % des Anfangswertes abgesunken ist (L70B50-Wert); einige Internet-Quellen sprechen auch vom Ende der Lebensdauer bei 80 % oder 50 % des anfänglichen Lichtstroms.

Der Lichtstrom von Leuchtdioden nimmt nach und nach ab, sie fallen aber in der Regel nicht plötzlich aus. Die Alterung ist annähernd linear. Die Lebensdauer hängt vom jeweiligen Halbleitermaterial, den Betriebsbedingungen (Temperatur, Strom) und der individuell tolerierbaren Farbtemperaturveränderung der Fluoreszenzfarbstoffe ab (weiße LEDs werden blaustichiger). Hohe Temperaturen (gewöhnlich durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer der LEDs drastisch. Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen hundert Stunden bei älteren 5-Watt-LEDs bis zu über 100.000 Stunden (11,4 Jahre) bei mit niedrigen Strömen betriebenen LEDs. Aktuelle Hochleistungs-LEDs werden, um eine maximale Lichtausbeute zu erreichen, oft an Arbeitspunkten betrieben, bei denen ihre Lebensdauer bei 15.000 bis 30.000 Stunden liegt. Gute Hersteller von LED-Leuchten erreichen jedoch durch eine optimale Auslegung ihrer Systeme deutlich bessere Werte und garantieren bis zu 100.000 Stunden wartungsfreien Betrieb. Das wird erreicht durch eine kostenaufwendige Selektion der Bauteile aller Komponenten (sowohl der LEDs als auch der Bauelemente des Treibers). Auch im Handel erhältliche LED-Leuchtmittel in Glühlampenform werden mit über 25.000 Stunden bis hin zu 45.000 Stunden Lebenszeit angegeben. Durch zu hohe thermische Belastungen, die durch die Bauform bedingt sind, erreichen sie diese Lebensdauer meist nur mit erheblichen Helligkeitsminderungen. Alternativen sind konsequent als LED-Leuchte entwickelte Komplettsysteme.

Die Alterung von LEDs ist in erster Linie auf die Vergrößerung der Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse zurückzuführen. Diese Bereiche nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung teil. Es entstehen strahlungslose Übergänge. Bei GaN-LEDs im blauen und Ultraviolett-Bereich ist auch eine Alterung der Kunststoffgehäuse durch das kurzwellige Licht mit einhergehender Trübung feststellbar. Bei diesen und weißen LEDs mit hoher Leistung wird deshalb der lichtdurchlässige Teil des Gehäuses manchmal aus gefertigt, wodurch eine Lebensdauer von 100.000 Stunden erzielt wird. Die Lösung ist eine thermisch optimierte Bauweise, welche oft nicht beachtet wird. Das führt zu einem schnellen Rückgang des Lichtstroms.

Die häufigsten Ursachen für Totalausfälle von LED-Leuchten sind jedoch im verwendeten Netzteil zu finden. Hier sind die verwendeten Kondensatoren zur Glättung der geregelten Kleinspannung das Problem, da diese thermisch empfindlich sind und mit zunehmender Temperatur exponentiell schneller altern. Oft sind sie auch aus Preisgründen von minderer Qualität. Das führt zum Ausfall der Stromversorgung, der nicht der LED angelastet werden kann.

Eine weitere Ursache kann eine Fehlfunktion auf Grund der Alterungsvorgänge in den verwendeten Materialien sein, zum Beispiel Ermüdungserscheinungen der Klebe- oder Lötverbindungen.

Viele Schaltzyklen trotz spontan vollen Lichtstroms

Bei den meisten Marken-Leuchtmitteln wird heute die Lebensdauer in Stunden (zu erwartende Einschaltzeit über die Lebensdauer) auf der Verpackung angegeben. Glühlampen haben eine Lebensdauer von ca. 1.000 Stunden, Halogenleuchtmittel von ca. 2.000 Stunden, Energiesparleuchtmittel (ESL) von ca. 3.000 bis 12.000 Stunden. Werden ES-Leuchtmittel jedoch häufiger als 3-mal pro Tag ein- und ausgeschaltet, wie es bei Fluren oder Treppenhäusern mit Bewegungsmeldern und Zeitschaltuhren der Fall ist, wird die auf der Leuchtmittelverpackung angegebene Lebensdauer in Einschaltstunden häufig nicht annähernd erreicht, weil normale Energiesparleuchtmittel ohne Angabe der Schaltzyklen auf der Verpackung nur für ca. 3000 Schaltzyklen gebaut sind.

Das die Lebensdauer limitierende Kriterium ist bei häufigen Ein- und Ausschaltungen die Schaltfestigkeit, welche bei Qualitätsleuchtmitteln in Schaltzyklen auf der Verpackung angegeben wird. Bei sehr guten Energiesparleuchtmitteln wird die Schaltfestigkeit vom Hersteller mit 10.000 bis 20.000 Schaltzyklen angegeben. Lediglich bei einer einzigen, etwas teureren Energiesparleuchtmittel-Serie (Megaman Ingenium) gibt der Hersteller Megaman eine Schaltfestigkeit von 600.000 Schaltzyklen an. Diese ESL erreichen bzw. überbieten damit als einziges ESL-Produkt die Schaltfestigkeit von LED-Leuchtmitteln. Diese hochschaltfesten ESL benötigen jedoch im Unterschied zu den spontan hell werdenden LED-Leuchtmitteln ab dem Einschalten ca. 15 Sekunden bis zum Erreichen von 60 % des dauerhaft abgegebenen Lichtstroms. Dabei ist ein Schaltzyklus ein manuelles Ein- und Ausschalten des Netzstromes. Unabhängig davon kann die LED zudem noch gepulst sein, wobei die Pulse von der Elektronik selbst erzeugt werden. Diese Pulse zählen nicht zu den die Lebensdauer begrenzenden Schaltzyklen, welche bei guten LED-Leuchtmitteln seit 2012 meist mit der Produktspezifikation angegeben werden, sondern zur normalen Betriebsdauer, welche in Stunden angegeben wird.

Eine LED ist deutlich unempfindlicher gegenüber Schaltvorgängen als Glühlampen oder Energiesparleuchtmittel. Eine Dimmung wird beispielsweise in der Regel durch sehr schnelle Schaltvorgänge erzeugt. Der begrenzende Faktor der Schaltzyklen von LED-Leuchtmitteln ist nicht der LED-Chip selbst, sondern die Vorschaltelektronik, wozu das eingebaute Netzteil oder die Steuerelektronik gehören. All diese Bauteile sind weitaus empfindlicher gegenüber Schaltungen und z. B. den damit verbundenen thermischen Wechselbelastungen als die LED selbst, die viele Millionen Schaltprozesse problemlos übersteht. LED-Leuchtmittel sind aber auch inklusive Vorschaltelektronik meist deutlich schaltfester als normale Energiesparlampen. Die Herstellerangaben für Qualitäts-LED-Leuchtmittel liegen meist im Bereich von 50.000 bis 1 Million Schaltzyklen. Bei billigeren LED-Leuchtmitteln wird die Schaltfestigkeit häufig (Stand 2013) noch nicht auf der Verpackung angegeben. In diesen Fällen muss man von einer Schaltfestigkeit in der Größenordnung von 20.000 Schaltzyklen ausgehen.

Dass LED-Leuchtmittel eine deutlich höhere Schaltfestigkeit als Energiesparleuchtmittel haben, ist auch - neben der höheren Lebensdauer in Einschaltstunden und der höheren Lichteffizienz bzw. Lichtausbeute in Lumen pro Watt - mit ausschlaggebend dafür, dass seit 2011 bei langer Einschaltzeit und vielen Ein- und Ausschaltungen LED-Leuchtmittel in den meisten Fällen, trotz höherer Anschaffungskosten, insgesamt wirtschaftlicher als ESL oder Glühlampen sind.

(Quelle: de.wikipedia.org)