Rettet eine Diode den Planeten?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Strom lässt Quanten springen
Strom lässt Quanten springen
Eine Leuchtdiode wandelt elektrischen Strom in Licht um, indem ihre aktive Halbleiterschicht den elektrischen Gleichstrom in Flussrichtung dazu bringt, Elektronen auf ein höheres Energieniveau zu führen, von dem sie alsbald wieder gewissermaßen »hinunterfallen«. Bei diesem Quantensprung wird ein Energiequantum freigesetzt, das als Strahlungsenergie entweicht, deren Wellenlänge umgekehrt proportional zur Energie ist. Bei geschickter Auswahl des aktiven Mediums ist das Licht sichtbar.
In der Praxis setzt man zur Weißlichtgewinnung blau emittierende Halbleiter ein und leitet die blaue Emission in ein Fluorophor, d.h. eine Substanz, die bei Auftreffen blauer Emission selber gelbes Licht abstrahlt. Die Mischung mit dem nicht-farbkonvertierten Blauanteil führt je nach Eigenschaften des Fluorophors zu einem eher bläulichen Kaltweiß, einem neutralen Weiß oder einem eher rötlichen Warmweiß. Die beste Gesamt-Konversionseffizienz ergibt sich derzeit im Kaltweiß. Werte über 100 lm/W sind Stand der Technik.
Weitere Steigerungen der Lichtausbeute versprechen sich die LED-Hersteller von vielen kleinen Verbesserungen. So kann man durch Verbesserung der Chipgeometrie verhindern, dass Licht noch in der aktiven Schicht absorbiert wird oder in Richtungen abgestrahlt wird, in denen es wirkungslos bleibt. Auch die Nutzung der Emission aus beiden Chipseiten verspricht gute Resultate und eine bessere Farbkonversionseffizienz durch neuartige Fluorophore könnte ein übrigens tun.
Bei steigender Lichtausbeute der LED kommt auch der Effizienz des eingesetzten Stromwandlers wachsende Bedeutung zu. Immerhin ist es keine triviale Aufgabe, elektrischen Wechselstrom hocheffizient in einen stabilen Gleichstrom umzuformen. Leistungsfaktorkorrektur ist ein absolutes Muss und erfordert erheblichen Schaltungsaufwand. Gute Designs bringen es im dreistelligen Wattbereich auf eine Umformungseffizienz von mehr als 90 Prozent. Der Aufwand wird allerdings ab 95 Prozent extrem groß, so dass man ihn meistens nur im kW-Bereich treiben wird.
Hinzu kommt, dass eine typische Billigversorgung für die sehr langlebigen LEDs ausscheidet: Sie würde selber an Altersschwäche »sterben«, lange bevor die LED an einer kritischen Marke angekommen ist (eine LED verliert im Laufe eines Betriebsjahres einige Prozent ihrer Lichtausbeute; nach typisch frühestens 50.000 Stunden sind noch 70 Prozent des anfänglichen Wertes vorhanden). Wer mit scharfem Bleistift rechnet, wird dennoch feststellen, dass die höheren Anschaffungskosten einer LED-Lösung sich nach einer solch langen Zeit mehr als amortisieren.
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