Die Einführung von LED-Technologie in Groß- und Mittelstandsunternehmen

Inhalt

Abstract

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung der Arbeit

2 Das Unternehmen ingenia LED GmbH
2.1 Einblicke in das Unternehmen
2.2 Produktübersicht

3 Grundlagen, Definitionen und Abgrenzungen
3.1 Was ist Licht?
3.2 Lichttechnische Grundgrößen und Einheiten
3.3 Grundlagen der Lichterzeugung durch LEDs
3.4 Der Begriff der Ganzheitlichkeit
3.5 Abgrenzung des Themas

4 Ganzheitliche Betrachtung von LED Technologie
4.1 Ursprünge
4.2 Ziele und Bestimmungen
4.3 Eigenschaften
4.3.1 Allgemeinbeleuchtung mit der LED-Technik
4.3.2 Weißes Licht aus blauen LEDs
4.3.3 Biologisch effiziente Beleuchtung
4.4 Querbeziehungen zu anderen Technologien
4.5 Regeln, Werte und Normen
4.6 Nutzen und Anwendungsaspekte
4.6.1 Energieeinsparung durch LED-Beleuchtung
4.6.2 Total-Cost-of-Ownership
4.6.3 LED-Beleuchtung bei UV-sensiblen Gegenständen
4.7 Die Ökobilanz einer LED-Beleuchtung

5 Einführung der LED Technologie in Unternehmen
5.1 Anforderungen an LED Beleuchtungen für Unternehmen
5.2 Methoden der Produkteinführung
5.3 Gründe zur Umstellung auf LED Beleuchtung aus Unternehmenssicht
5.3.1 Der Aufbau des Fragebogens
5.3.2 Akquise der Interviewpartner
5.3.3 Die Auswertung der Antworten
5.3.4 Was könnte ein weiterer Anreiz für Unternehmen sein, auf LED Beleuchtung umzustellen?

6 Fazit

7 Zusammenfassung und Ausblick

Quellen

Anhang

Abstract

Diese Bachelorthesis beschäftigt sich mit der LED-Technik im Bereich der Allgemeinbeleuchtung mit weißem Licht. Betrachtet werden ausschließlich Anwendungen in Industriebetrieben. Ein weiter Bestandteil ist eine Umfrage über Umwelt- und Klimaschutz in Bezug auf Beleuchtungstechnik. Es ist herauszufinden, unter welchen Umständen Unternehmen LED-Technik einsetzen.

This bachelor thesis is looking about the potential of white LED-techniques to be used in business companies to light up the buildings. An additional component is a survey about the environmentally und climatically protection within the business companies. The aim is to know how companies use the LED-lightning.

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Hallenleuchte "Lucid arena"

Abbildung 2: LED-Leuchtmittel mit E27 Sockel "Lucid PAR 30"

Abbildung 3:LED-Leuchtmittel „Lucid MR16"

Abbildung 4: LED-Deckenrasterleuchte "Lucid square"

Abbildung 5: LED-Einbauleuchte "Lucid downlight"

Abbildung 6: LED-Straßenleuchte "Lucid lane"

Abbildung 7: LED-Profil "Lucid profile"

Abbildung 8: "lucid light engine" von LEIDs in der Bauart COB

Abbildung 9: Elektromagnetisches Spektrum

Abbildung 10: Illustration der Fachbegriffe Lumen, Candela und Lux

Abbildung 11: Energieeffizienz von Beleuchtungstechnik im Vergleich

Abbildung 12: CIE-Farbnormtafel

Abbildung 13: Birne, Lampe, Leuchte

Abbildung 14: Das Prinzip der Lichterzeugung von LEDs

Abbildung 15: Helligkeitsentwicklung von Anorganischen LEDs seit 1970

Abbildung 16: Konstruktiver Aufbau des Gefahrenfeuers

Abbildung 17: "Standard"-LED mit 5mm Durchmesser

Abbildung 18: Schema der Wärmeabgabe einer Power-LED in Chipbauweise

Abbildung 19: Makroaufnahme eines LED-Chips im ausgeschalteten Zustand

Abbildung 20: LED-Chip mit mehreren Einzel-LEDs

Abbildung 21: Beispielhafter Aufbau einer LED mit Phosphorsystem

Abbildung 22: Beispielhafte Spektren von weißen LEDs mit Phosphorsystemen

Abbildung 23: Emissionsspektren einer Auswahl an verfügbaren Silikat-Farbstoffen

Abbildung 24: LED mit Farbtemperatur = 5500K und maximiertem CRI von 96 Ra

Abbildung 25: Biologische und visuelle Wirkungen von Licht

Abbildung 26: Blaue und Rote OLED im Labor

Abbildung 27: Schematischer Aufbau einer OLED

Abbildung 28: OLED für die Raumbeleuchtung

Abbildung 29: Wirkungsgradkette der Beleuchtung, hier Energiesparlampe

Abbildung 30: Empfindlichkeitsverlauf des Auges

Abbildung 31: Theoretische Lumeneffizienz von Weißlicht

Abbildung 32: Energieverbrauch in der EU

Abbildung 33: Sparen mit LED-Beleuchtung

Abbildung 34: Verkettung der Einzelkosten zu den Gesamtkosten

Abbildung 35: Meyer Halogenscheinwerfer + Leuchtmittel

Abbildung 36: LEIDs Lucid arena 120° normalweiß

Abbildung 37: Meyer Halogenscheinwerfer

Abbildung 38: LEIDs lucid Arena 120°

Abbildung 39: Schnittpunkt der Gesamtkosten der LED-Beleuchtung und des Halogenstrahlers

Abbildung 40: CO2-Emissionen pro Jahr im Vergleich

Abbildung 41: Stationen der LED-Ökobilanz

Abbildung 42: „Osram Parathom A55“ LED-Lampe - Abbildung und schematische Zeichnung

Abbildung 43: Fertigungsprozess einer weißen LED nach frontend und backend getrennt

Abbildung 44: Gesamtprimärenergieverbrauch der „Osram Parathom A55“ LED-Lampe

Abbildung 45: Energieverbrauch beim Herstellen und Verwenden dreier Beleuchtungstypen

Abbildung 46: Die lichttechnischen Gütemerkmale und ihre Zusammenhänge

Abbildung 47: Produktlebenszyklus

Abbildung 48: Technologiearten

Abbildung 49: Ablauf eines empirischen Forschungsprozesses

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Einsparpotenziale der Beleuchtung in Deutschland pro Jahr

Tabelle 2: Technische Daten der Leuchten und Leuchtmittel

Tabelle 3: Relatives Schädigungspotenzial von Lichtquellen

Tabelle 4: Umweltgifte der „Osram Parathom A55“ über den kompletten Lebenszyklus

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Seit Menschen denken können, spielt Feuer eine zentrale Rolle in ihrem Leben. In Zeiten der Unkontrollierbarkeit durch Unwissenheit war es so, dass Feuer in erster Linie Angstgefühle auslöste. Buschbrände oder Blitzeinschläge konnten verehrende Auswirkungen auf Mensch und Tier haben. Doch als der Mensch begann, das Feuer zu beherrschen, lernte er dessen Vorzüge kennen. Feuer spendet Wärme, vertreibt wilde Tiere und lässt das Essen schmackhafter werden. Doch der vielleicht größte Vorteil: Es spendet Licht. Zuerst als einfache Fackel, später als Kerze oder Öllampe und nicht zuletzt die von Eddison erfundene und mit elektrischem Strom betriebene Glühbirne mit Kohledraht. Selbst wenn Glühbirnen nicht wirklich brennen, bezeichnet man ihr Leuchten dennoch als solches, denn die Eigenschaften sind wahrlich dieselben geblieben: Sie sind heiß und spenden Licht.

Der Mensch ist nun abhängig geworden von Licht. Ermöglicht es ihm doch, bis in die Nacht hinein zu arbeiten, zu lesen, sich mit Freunden zu unterhalten oder um in den Straßen der Städte den sicheren Heimweg zu finden.

In der frühen Zeit der Industrialisierung waren Worte wie Klimaschutz und Energieeinsparung sicherlich Fremdworte, man kann sogar mutmaßen, sie haben zu dieser Zeit noch gar nicht existiert. Doch heute ist dies anders, der Klimawandel hat die Erde und seine Bewohner voll im Griff und es wird nach Lösungen gesucht, diesen aufzuhalten. Eine von vielen Wissenschaftlern anerkannte Methode ist die Verringerung des Ausstoßes von CO2, das im Volksmund als Treibhausgas bekannt ist. Diese Verringerung kann unter anderem durch die Reduzierung des elektrischen Stromverbrauchs erreicht werden. Eine relativ einfach zu realisierende Maßnahme ist hier der Einsatz effizienter Beleuchtungen. Die LED-Technik wird hierbei eine oder vielleicht auch die entscheidende Rolle in den Anfängen des 21. Jahrhunderts spielen.

Diese Bachelorthesis soll im wahrsten Sinne des Wortes Licht in die Technik und Anwendung dieser modernen Beleuchtungstechnik bringen.

1.2 Zielsetzung der Arbeit

Das Ziel dieser Bachelorthesis ist, die LED-Technik im Bereich der Allgemeinbeleuchtung in seiner Gänze zu erfassen. Betrachtet wird unter anderem das Prinzip ihrer Lichterzeugung, die heute gängigen Bauformen, die Möglichkeit bei der Lichterzeugung zu sparen und die Auswirkungen auf das durch LED beleuchtete Umfeld.

Ein weiterer Bestandteil ist eine Umfrage bei schon vorhandenen und möglichen Neukunden der ingenia LED GmbH. Diese Umfrage soll dem Vertrieb der LEDBeleuchtung Impulse und Informationen geben. Es ist heraus zu finden, warum Unternehmen LED-Beleuchtungen kaufen und wie sich der Nutzen für Unternehmen in Bezug auf energiesparende Beleuchtung maximieren lässt.

Daraus soll eine klare Handlungsempfehlung für den Vertrieb der ingenia LED GmbH geschlussfolgert werden.

2 Das Unternehmen ingenia LED GmbH

2.1 Einblicke in das Unternehmen

Die ingenia LED GmbH wurde Anfang 2010 in Crailsheim durch Steffen Habelt gegründet. Sie ist 100% Tochter der ingenia AG, die ebenfalls ihren Sitz in Crailsheim hat. Die Zugehörigkeit und der Geschäftszweck werden im Firmenprospekt folgendermaßen beschrieben:^[1]

„Die ingenia LED GmbH gehört zur ingenia Firmengruppe, die sich auf die nächste Generation von modernen, nachhaltigen und umweltfreundlichen Lösungen im Energiesektor konzentriert. (...) Die ingenia LED GmbH vertreibt und projektiert LED-Beleuchtungskonzepte im Industriebereich. Hierzu zählen sowohl KMU als auch Großunternehmen, Kommunen und Hotels. ingenia LED bietet optimale Lösungen für Arbeitssicherheit, Kostenoptimierung und Umweltschutz."

In den Bereichen

Hallenbeleuchtung (innen/außen),

Bürobeleuchtung,

Straßen- und Parkplatzbeleuchtung,

Werbebeleuchtung und

Effektbeleuchtung

sieht die ingenia LED GmbH ihr Kerngeschäft.

Ihre LED-Produkte bezieht die ingenia LED GmbH von einem in Backnang (Baden Württemberg) ansässigen Hersteller, Importeur und Entwickler: der LEiDs GmbH & Co. KG. Die LEiDs GmbH & Co. KG ist die operative Tochter des LED-Herstellers ALDER-Optomechanical Corp. mit Sitz in Taiwan. LEiDs ist zuständig für die Versorgung des europäischen Raums mit LED-Beleuchtung.

2.2 Produktübersicht

Die Produkte der ingenia LED GmbH sind ausschließlich mit sogenannten „HighPower"- oder auch nur „Power"-LEDs ausgestattet. Diese zeichnen sich durch eine enorme Leuchtkraft bei geringem Energieverbrauch aus.

Abbildung 1: Hallenleuchte "Lucid arena"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Die abstrahlflächenmäßig größte Leuchte im Sortiment ist die Hallenleuchte „Lucid arena". Sie besitzt 1.120 LEDs auf einer Fläche von 322 x 220 mm. Sie besitzt die Leuchtkraft eines gewöhnlichen 400W Halogenstrahlers (ca. 8000 lm), bei gerade einmal 100W Verbrauch, inkl. Netzteil.

Für den Sockel E27 sind die Leuchten „Lucid PAR 30" und „Lucid PAR 38" (ohne Bild) im Sortiment. Diese können sehr einfach durch Auswechseln alter Glühbirnen oder KLL (Energiesparlampen) in vorhandene Fassungen eingesetzt werden.

Zusätzlich verkauft die ingenia LED GmbH Leuchtmittel mit dem Sockel MR 16. Diese werden mit 12V betrieben und können die herkömmlichen Halogenspots ersetzten.

Abbildung 2: LED-Leuchtmittel mit E27 Sockel "Lucid PAR 30"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Abbildung 3:LED-Leuchtmittel „Lucid MR16"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Für den Bürobereich bietet die ingenia LED GmbH die Deckenrasterleuchte „Lucid square". Diese Leuchte ist mit 483 LEDs bestückt und soll die üblichen Leuchtstoffröhren in sogenannten Odenwalddecken ersetzen.

Abbildung 4: LED-Deckenrasterleuchte "Lucid square"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Abbildung 5: LED-Einbauleuchte "Lucid downlight"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Eine weitere Leuchte für die Integration in Decken stellt die Einbauleuchte „Lucid downlight" dar. Sie ist in vier verschiedenen Durchmessern und in vier damit einhergehenden Leuchtstärken erhältlich.

Für die Straßenbeleuchtung ist „Lucid lane" vorgesehen. Sie ist in den Lichtstärken 40W, 80W und 120W erhältlich.

Zusätzlich bietet die ingenia LED GmbH LED-Profile mit dem Namen „Lucid profile" in unterschiedlichen Längen für verschiedenste Anwendungszwecke an. Je nach gewünschter Beleuchtungsstärke, Lichtfarbe und Abstrahlwinkel können die LED-Profile in nahezu allen Bereichen (Industrie, Büro, Wohnraum, etc.) eingesetzt werden.

Abbildung 6: LED-Straßenleuchte "Lucid lane"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Abbildung 7: LED-Profil "Lucid profile"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Falls benötigt sind sogenannte Multichips oder COB in verschiedenen Bauformen lieferbar. Sie dienen in erster Linie Leuchtenentwicklern dazu, vorhandene Lampen mit LED-Technik aus- und umzurüsten. Sie können auch in der Industrie zum Beispiel an Maschinen oder Laborarbeitsplätzen eingesetzt werden. Eine hohe Lichtausbeute auf kleinstem Raum zeichnet diese Art der LED aus. Bei 10 Watt elektrischer Leistungsaufnahme erzeugt die „lucid light engine" einen Lichtstrom von 800 lm bei einer Größe von 8,4 x 4,2 x 0,4cm.

Abbildung 8: "lucid light engine" von LEIDs in der Bauart COB

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

3 Grundlagen, Definitionen und Abgrenzungen

3.1 Was ist Licht?

Erste grundlegende naturwissenschaftliche Arbeiten zur Natur des Lichtes stammen aus dem 17. Jahrhundert: 1675 wurde die Emissions- oder Korpuskulartheorie von Isaac Newton (1643 - 1727) und 1690 die Ondulations- oder Wellentheorie von Christian Huygens (1629 - 1695) entwickelt.^[2]

Nach Newton besteht Licht aus winzigen Korpuskeln oder Partikeln, die von einer Lichtquelle aus geradlinig durch den Raum geschleudert werden. Die Lichtteilchen können von Hindernissen abprallen und die Richtung ihrer Flugbahn verändern.^[3] Damit ließen sich zwar nun die geradlinige Ausbreitung des Lichtes, die Reflexion und die Lichtfarbe gut erklären, die teilweise Reflexion und die Brechung an Grenzflächen wurde hiermit aber noch nicht zufriedenstellend beschrieben.^[4]

Hier erwies sich Huygens Wellentheorie als überlegen. Um 1800 konnte Thomas Young (1773 - 1829) die Wellennatur des Lichtes sogar beweisen. Ebenso wie der Schall kann auch das Licht als ein Wellenphänomen verstanden werden und die Ausbreitung des Lichtes mit allgemeingültigen Gesetzen zur Ausbreitung von Wellen beschrieben werden. Phänomene wie die Beugung, Interferenz und Polarisation des Lichtes waren dadurch erklärbar.^[5]

Allerdings gelang es erst im Jahre 1861 dem Mathematiker Clerk Maxwell (1831 -1879), die Ausbreitung von Licht als elektromagnetische Welle quantitativ zu beschreiben.^[6] Die moderne Lichtquantentheorie unterscheidet sich vom Prinzip her nicht signifikant von den Ansätzen Newtons und Huygens. Im Rahmen des sogenannten Welle-Teilchen-Dualismus werden Korpuskular- und Wellencharakter des Lichts als gleichwertig betrachtet. Allein die Art der Lichtbeobachtung bestimmt, ob das Licht als Teilchen oder als Welle in Erscheinung tritt.^[7]

Da die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung einen großen Bereich umfassen, werden sie in Zehnerpotenzen angegeben. Das Spektrum des sichtbaren Lichtes umfasst nur einen sehr kleinen Bereich. Er liegt bei etwa 370 nm (violett) bis 750 nm (rot), entsprechend einer Frequenz von 8x 1014 Hz bis 4x 1014 Hz. Das Lichtempfinden des menschlichen Auges bezieht sich ausschließlich auf elektromagnetische Wellen, deren Frequenzen im sichtbaren Bereich liegen. Wellen anderer Frequenzen haben keine Farbe.^[8]

Abbildung 9 zeigt zum einen das komplette elektromagnetische Spektrum, zum anderen das für Menschen sichtbare Spektrum.

Abbildung 9: Elektromagnetisches Spektrum

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Prof. Dr. Oliver Reiser, Universität Regensburg, 2010

3.2 Lichttechnische Grundgrößen und Einheiten

Abbildung 10: Illustration der Fachbegriffe Lumen, Candela und Lux

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Man unterscheidet zwischen strahlungsphysikalischen Größen, die sich auf Strahlung beliebiger Wellenlängen beziehen und lichttechnischen Größen, die das sichtbare Licht bezogen auf die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges bezeichnen. Die für das Verständnis dieser Arbeit notwendigen Größen und Einheiten werden auf den folgenden Seiten beschrieben.

Lichtstrom = Lumen (lm):^[9]

Der Lichtstrom ist die gesamte Lichtleistung die von einer Lichtquelle unabhängig von der Richtung abgegeben wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Lichtstärke = Candela (cd):^[10]

Die Lichtstärke ist der Teil des Lichtstroms, der in einer bestimmten Richtung, dem sogenannten Abstrahlwinkel (Steradiant (sr)) abgegeben wird. Ein Candela entspricht einem lm pro sr.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Beleuchtungsstärke = Lux (lx):^[11]

Die Beleuchtungsstärke ist der Lichtstrom pro Flächeneinheit. Ein Lux entspricht einem lm pro m2.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Leuchtdichte = L (cd/m2):^[12]

Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck. Sie entspricht dem Lichtstrom je Fläche und Raumwinkel. Das menschliche Auge empfindet Leuchtdichteunterschiede als Helligkeitsunterschiede.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Lichtausbeute = Lumen pro Watt (lm/W) = Energieeffizienz:^[13]

Die Lichtausbeute oder der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Effizienz der Umwandlung elektrischer Energie in sichtbares Licht. Abbildung 11 zeigt die Energieeffizienz verschiedener Beleuchtungstechniken. Die LED befindet sich mittlerweile bei über 120lm/W (Stand Mai 2010), Tendenz weiter steigend. Die Bezeichnungen T5 und T8 stehen für Leuchtstoffröhren verschiedener Durchmesser. Die effizientere T5-Röhre hat einen Durchmesser von 16mm, die T8 hat 26mm.

Abbildung 11: Energieeffizienz von Beleuchtungstechnik im Vergleich

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: In Anlehnung an „Typen energiesparender Lampen“ des Bayerischen Landesamt für Umwelt, ergänzt durch Daten von www.cree.com, 2009

Wirkungsgrad = Prozent (%):^[14]

Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis der abgestrahlten Lichtleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung an.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Lichtfarbe:^[15]

Die Lichtfarbe einer Lichtquelle bezeichnet den Farbeindruck der beim direkten Einfall des Lichtes ins Auge entsteht. Einfarbiges Licht wird durch die dominante Wellenlänge definiert. Mischfarben können entweder durch den Farbort x, y in der CIE-Farbnormtafel, siehe Abbildung 12, oder näherungsweise durch die ähnlichste Farbtemperatur Tn angegeben werden.^[16]

Abbildung 12: CIE-Farbnormtafel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: LEiDs Produktkatalog 2010

Die CIE-Farbnormtafel wurde von der Commission Internationale de l'Eclairage (Internationale Beleuchtungskommission) entwickelt. Sie basiert auf den von W. D. Wright und J. Guild ermittelten Werten des menschlichen Farbeindruckes.^[17]

Farbtemperatur = Kelvin (K):^[18]

Die Farbe von konventionellen Lichtquellen lässt sich nur schwer durch Lichtwellenlängen beschreiben, da das Ausstrahlungsspektrum zu berücksichtigen ist. Daher werden Quellen mit breitem Spektrum meist nach ihrer Farbtemperatur klassifiziert. Bezugsgröße ist hier der ideale schwarze Körper, dessen Ausstrahlung durch die Plancksche Strahlungsformel genau bekannt ist. Je heißer der schwarze Körper ist, umso größer ist bei kürzeren Wellenlängen die relative Intensität. Wenn er erhitzt wird, beginnt er rot zu glühen. Weiteres Erhitzen kann ihn gelb, weiß und sogar blau erscheinen lassen. Fast alle glühenden Quellen mit derselben Farbtemperatur haben dieselbe Intensitätsverteilung und lassen sich deshalb gut normieren. Gebräuchliche LED-Leuchten haben in der Regel Farbtemperaturen in den Gruppen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Farbtemperaturen liegen alle auf der Planckkurve, die auch als Black-Body-Kurve bezeichnet wird. Siehe hierzu Abbildung 12.

Farbwiedergabe:^[19]

Die Farbwiedergabe bezeichnet die Beziehung zwischen Farbreiz und Farbeindruck. Sie beschreibt die Wiedergabe der Farben von Gegenständen bei Beleuchtung mit einer Lichtquelle für Beobachter im Vergleich zu einer Vergleichslichtquelle. Die Farbwiedergabeeigenschaften von Lampen werden in verschiedene Stufen eingeteilt, die durch den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra gekennzeichnet sind. Oft wird statt der Kennzeichnung Ra, die Abkürzung CRI (Colour Rendering Index) verwendet, die dieselbe Bedeutung hat. Der höchste Indexwert ist 100 und beschreibt eine Lichtquelle, die alle Umgebungsfarben natürlich erscheinen lässt. Je niedriger der Indexwert, desto schlechter die Farbwiedergabeeigenschaften.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^[20]

Lampe:^[21]

Quelle optischer Strahlung, meist im sichtbaren Bereich.

Leuchte:^[22]

Gerät, durch welches das von einer oder mehreren Lampen erzeugte Licht verteilt, gefiltert oder umgewandelt wird. Es umfasst alle Teile, die zur Befestigung und zum Schutz der Lampen erforderlich sind, nicht aber die Lampen selbst und, falls erforderlich, Schaltkreise sowie die Vorrichtungen zum Anschluss an das elektrische Versorgungsnetz. Abbildung 13 soll Klarheit in den vielleicht umgangssprachlich falschen Gebrauch der Begriffe Birne, Lampe und Leuchte bringen.

Abbildung 13: Birne, Lampe, Leuchte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Umweltbundesamt „Beleuchtungstechnik mit geringerer Umweltbelastung", 2009

(Farb-)Binning:^[23]

Durch Fertigungstoleranzen im Herstellungsprozess können bei LEDs eines Typs und Herstellers die Farbe und die Helligkeit bei demselben Strom stark voneinander abweichen. Darum geben LED-Hersteller Bereiche an, in denen ihre Produkte streuen und teilen sie in abgestufte Gruppen für Helligkeit und Farbe ein. Dieses Einteilen wird als Binning bezeichnet.

3.3 Grundlagen der Lichterzeugung durch LEDs

Die Leuchtdiode (Light Emitting Diode - LED) gehört zu den Elektrolumineszenzstrahlern, daher wird sie auch als Lumineszenzdiode bezeichnet. Sie ist eine Halbleiterdiode, die nach Anlegen der Durchlassspannung aus der Sperrschicht heraus Licht emittieren kann, siehe Abbildung 14. Die Strahlungserzeugung erfolgt durch Rekombination von Ladungsträgerpaaren mit entsprechendem Bandabstand. Der Bandabstand und damit die Wellenlänge des Lichtes ist durch die Wahl der Halbleiterstoffe in Zusammenhang mit dem entsprechenden Dotiermaterial bestimmt. Die Leuchtdiode dient zur Erzeugung einer schmalbandigen Strahlung im nahen UV, im sichtbaren oder im Infrarotbereich. Auch die Laserdiode beruht auf diesem Konzept. LEDs benötigen grundsätzlich nur niedrige Spannungen, die für jeden Dioden-Bautyp charakteristisch sind:^[24]

GaAIAs/GaAs (Rot und Infrarot): 1,2V ... 1,8V

InGaAIP(Rot und Orange): 2,2V

GaAsP/GaP (Gelb): 2,1V

GaP/GaP (Grün): 2,1V

InGaN (Blau und Weiß): 3,3V ... 4V

Abbildung 14: Das Prinzip der Lichterzeugung von LEDs

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Philips GmbH – Online-Schulung, 2006

Im Gegensatz zur Glühwendel sind LEDs unempfindlich gegen mechanische Stöße. Die Größe der Leuchtfläche liegt bei etwa 0,001mm2 bis 4mm2.^[25]

3.4 Der Begriff der Ganzheitlichkeit

Der Begriff "Ganzheitlichkeit" wird in der Wissenschaft, der Industrie und auch im normalen Sprachgebrauch immer häufiger verwendet. Bekannt wurde die ganzheitliche Betrachtungsweise durch die Medizin. In der Psychotherapie zum Beispiel lautet ihre Definition:

"Ganzheitlichkeit: Wesentlicher Begriff der Gestalttherapie und der gestalttheoretischen Psychotherapie: Alle psychischen Vorgänge werden als ganzheitliche Phänomene betrachtet, für die die Gestaltgesetze gelten. Die heuristische Trennung in verschiedene psychische Bereiche, wie in Wahrnehmung, Denken und Fühlen, ist eine bloß fiktive; so ist z. B. die Wahrnehmung immer mehr oder weniger gefühlsgefärbt. (... ) Die ganzheitliche Betrachtung bedeutet insbesondere, dass man das zu untersuchende psychische Phänomen in seiner Einbettung, in seiner Rolle und Bedeutung in umfassenderen Zusammenhängen zu sehen hat."^[26]

Eine einheitliche Definition für die Wissenschaft und Industrie sucht man in der Literatur aber leider vergeblich. Aus diesem Grund leitet der Autor seine Definition aus der Definition der Medizin ab:

Untersuchungsgegenstand in dieser Thesis ist die LED. Nicht nur der Energieverbrauch während des Leuchtbetriebs, sondern auch der Energieverbrauch bei der Herstellung, beim Transport und bei der Entsorgung wird betrachtet. Desweiteren werden die Umweltbelastungen, verwandte Technologien, Normen, Ursprünge und Ziele der LED aufgezeigt.

3.5 Abgrenzung des Themas

In dieser Thesis werden nicht alle beliebigen Arten von LEDs betrachtet, sondern nur jene, die sich zur Allgemeinbeleuchtung in Unternehmen eignen. Diese Zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

CRI > 70Ra

Lichtausbeute > 60lm/W

Lichtfarbe zwischen 2000 K und 7000 K

Lebensdauer > 30.000 h

LEDs in Signalleuchten sind nicht Gegenstand der Untersuchung, auch wenn diese möglicherwiese die Kriterien der Abgrenzungen erfüllen würden.

Da LEDs zur Allgemeinbeleuchtung bis dato noch relativ teuer sind, ist ihr effektiver Einsatz nur in Bereichen gegeben, die eine lange Beleuchtungsdauer pro Tag voraussetzen. Diese Voraussetzungen findet man zurzeit nur in Unternehmen. Darum konzentriert sich diese Arbeit nur auf Anwendungszwecke in folgenden Bereichen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4 Ganzheitliche Betrachtung von LED Technologie

4.1 Ursprünge

Das Phänomen der Lichterzeugung durch elektrische Anregung eines Festkörpers wurde erstmals im Jahre 1907 von H.J. Round entdeckt. Er bemerkte unter dem Kontakt an einem Siliziumkarbid-Kristall (SiC), der zur Detektion von Radiowellen bestimmt war, ein schwaches Leuchten. Dabei erkannte er, dass es sich um kaltes Licht handelte, denn die Emission erfolgte ohne erkennbare Erwärmung des Kristalls. Diese Beobachtung wurde zunächst jedoch nicht beachtet, da sich die Forscher die sich mit SiC beschäftigten nur für Radiodetektoren interessierten. Erst 1921 entdeckte O.V. Lossew diese Lichtemission wieder. Lossew untersuchte das Phänomen in den Jahren 1927 und 1942 genauer. 1935 wurde von G. Destriau mit Zinksulfid (ZnS) ein ähnlicher Leuchteffekt entdeckt und von ihm als Lossew-Licht bezeichnet.^[27]

Es dauerte lange, bis sich Lossews Beobachtung in das theoretische Schema des Festkörperwissens einordnen ließ. Erst 1951 konnte die Lichtemission befriedigend erklärt werden. Etwa 1957 begann man mit intensiven grundsätzlichen Untersuchungen der Lichterzeugung mit den neuen Halbleitern und mit der Entwicklung einer geeigneten Technologie zur Herstellung von Kristallen und Bauelementen. Von besonderer Bedeutung war die Lichtemission im sichtbaren Bereich auf der Basis eines direkten Mischkristalls aus Galliumarsenid (GaAs) und Galliumphosphid (GaP).^[28]

In den 60-er Jahren wurde begonnen, LEDs in großtechnischer Produktion herzustellen. Anfänglich dienten sie wegen ihrer geringen Größe und ihrem geringen Stromverbrauch vor allen Dingen als kleine Anzeigelampen in technischen Geräten. Zuerst konnten nur rote LEDs seriell hergestellt werden.^[29]

Diese ersten roten GaAsP LEDs wurden von General Electric angeboten. Isoelektronisches Dotieren von GaP und GaAsP mit Stickstoff führten zu einer weiteren Steigerung der Effektivität und machten 1971 zusätzlich grüne, orangene und gelbe LEDs verfügbar. Ein großer Sprung war die Entwicklung hocheffektiver roter AlGaAs Dioden in den frühen 80er Jahren. Diese LEDs waren die ersten, die farbig gefilterte Glühlampen in der Effektivität übertrafen und diese in bestimmten Gebieten (Signalleuchten und Anzeigentafeln) zu ersetzen begannen. Anfang der 90er Jahre führten die AlInGaP LEDs zu einer bedeutenden Steigerung im rotorangen bis gelben und grünen Spektralbereich.^[30]

[...]

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^[1] Vgl. Ingenia LED GmbH - Produktprospekt 2010

^[2] Vgl. HEINZ, Roland: Grundlagen der Lichterzeugung, S. 13

^[3] Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal (www.led-info.de)

^[4] Vgl. HEINZ, Roland: Grundlagen der Lichterzeugung, S. 13

^[5] Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal (www.led-info.de)

^[6] Vgl. HEINZ, Roland: Grundlagen der Lichterzeugung, S. 13

^[7] ebenda S. 13

^[8] Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal (www.led-info.de)

^[9] Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal (www.led-info.de)

^[10] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 23

^[11] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 23

^[12] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 23

^[13] ebenda, S. 24

^[14] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 24

^[15] ebenda, S. 24f

^[16] ebenda, S. 25

^[17] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 25

^[18] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 26

^[19] ebenda, S. 28f

^[20] Vgl. BUSCHENDORF, Hans-Georg: Lexikon Licht- und Beleuchtungstechnik, S.64

^[21] DIN EN 12665 (Grundlegende Begriffe und Kriterien für die Festlegung von Anforderungen an die Beleuchtung), S. 12

^[22] ebenda S. 13

^[23] Vgl. KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 52

^[24] KRÜCKEBERG, Johannes: Hochleistungs-LEDs in der Praxis, S. 44 26 Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal; www.led-info.de

^[26] ZABRANSKY, Dieter: Wörterbuch der Psychotherapie 2278 Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal; www.led-info.de

^[28] ebenda

^[29] Vgl. KOCKS, M.: Über Auguren und Chimären, S. 2

^[30] Vgl. HALLER, Hauke: LED-INFO - Das Rechercheportal; www.led-info.de