Mit extremer Leistung

Systemkostenoptimierung und Produktdifferenzierung mit LEDs

14. April 2015, 9:30 Uhr | Kai Klimkiewicz

Inzwischen sind mit LEDs so hohe Lichtströme realisierbar, dass sie selbst hohe Farbrikhallen oder große Sportstadien perfekt in Szene setzen können. Doch für eine gelungene und kostenoptimierte Beleuchtung ist eine durchdachte Implementierung nötig.

In der Lichttechnik haben sich LEDs in den vergangenen 15 Jahren fest etabliert und fast alle Arten von Beleuchtungsanwendungen erobert. Die ersten Produktgenerationen wurden stetig weiterentwickelt und optimiert, so dass die Lichtindustrie inzwischen auf umfangreiche Erfahrungen bezüglich leistungsfähiger LED-Lösungen zurückgreifen kann. Gegenwärtig konzentrieren sich die Entwicklungsabteilungen der meisten Leuchtenhersteller nahezu ausschließlich auf LED-Anwendungen.

Trotzdem sind Leuchtenhersteller oft skeptisch, wenn neue LED-Lösungen auf den Markt kommen. Insbesondere bei der Implementierung von LEDs, die neue Designwege erfordern, um ihr Potenzial voll ausschöpfen zu können, ist die Zurückhaltung groß. In solchen Fällen hält so mancher Leuchtenhersteller lieber am Bestehenden fest, auch wenn neue Komponenten viele Türen für künftige Innovationen eröffnen würden.

Die klassische Spezifikation definiert High-Power-LEDs als solche mit einer Ausgangsleistung von mindestens 1 W. Für die Angabe dieser Spezifikation wird meist ein Betriebsstrom von 350 mA zugrunde gelegt. In der Anfangszeit lieferten erste Lösungen eine Lichtausbeute von lediglich 20 bis 30 lm/W. Die Bewertung geschah damals gängigerweise bei einer Binning-Temperatur von 25 °C, also nur im Einschaltmoment. Heute erzielen zahlreiche LEDs eine Lichtausbeute von 130 bis 160 lm/W im thermisch eingeschwungenen Zustand. Hierbei ist 85 °C, die so genannte Hot-Binning-Temperatur, die mittlerweile gängige Bewertungstemperatur.

Eine aktuelle Weiterentwicklung sind die Extreme-High-Power-LEDs (XHP) von Cree, mit denen die mit diskreten SMD-LEDs erreichbaren Leistungswerte deutlich übertroffen werden. Diese LEDs zeichnen sich üblicherweise durch Leistungen von 20 bis 30 W aus, so dass sich mit ihnen vierstellige Lumenwerte erzielen lassen. Jedoch reduziert sich die Effizienz der Hochleistungs-LEDs mit steigendem Strom und steigender Temperatur.

Die Grenzen von Standard-LEDs

Für Extreme-High-Power-LEDs gibt es vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Allgemein lässt sich sagen, dass ihr Einsatz speziell dann interessant wird, wenn mit einer verhältnismäßig kleinen LED-Fläche eine möglichst hohe Lichtausbeute realisiert werden soll. Hierzu zählen beispielsweise Hallenstrahler in Fabrikhallen oder Flutlichter in Sportstadien, die aus einer großen Installationshöhe von 10 Metern und mehr so viel Licht wie möglich auf den Boden bringen sollen.

Insbesondere bei Sportstätten ist der Anteil von LED-Beleuchtung heute noch recht gering. Denn bis dato waren in diesem Anwendungsbereich zu viele LEDs notwendig, um die benötigten Lumenwerte zu erhalten.

Doch inzwischen lassen sich auch solche Applikationen mit LEDs realisieren. So basiert das neue Beleuchtungskonzept des Stadions der Phoenix-Universität in Arizona, USA, auf den XHP-LEDs von Cree. Mit dem diesjährigen Super Bowl, dem Finale der National Football League NFL, hat dort das wichtigste US-amerikanische Einzelsportereignis stattgefunden. Durch die Installation von 312 LED-Leuchten, die insgesamt 45.000 LEDs implementieren, wurde der Energiebedarf von 1.240.000 W auf nur noch 310.000 W gesenkt (Bild 1). Im Vergleich zur vorherigen Beleuchtungsinstallation entspricht das einer Energieersparnis von 75 Prozent für die gesamte Beleuchtung der Sportstätte.