Die höchste Lichtausbeute einer weißen LED
Durch den Einsatz weißer LEDs in der Architekturbeleuchtung konnte in den letzten Jahren die Lampeneffizienz deutlich gesteigert werden. Einzelhändler behaupten, dass ein gewaltiger Sprung in der Lichtausbeute bevorstehe, aber solchen Behauptungen mangelt es an Glaubwürdigkeit.
Was bestimmt die Lichtausbeute und wie effizient können weiße LEDs wirklich sein? In den letzten Jahren haben Hersteller um die Lichtausbeute ihrer LED-Produkte konkurriert. Es wurde jedoch kein Konsens über eine einheitliche Definition der Lichtausbeute oder der Standardbetriebsbedingungen erzielt-, was häufig zu Interpretationen führt, die Lichtplaner und Designer verwirren.
DIAL hat mithilfe mathematischer Methoden die theoretische maximale Lichtausbeute verschiedener Lichtspektren ermittelt.
Theoretische maximale Lichtausbeute weißer LEDs
Die menschliche Netzhaut verfügt über rund 7 Millionen farb-wahrnehmende Rezeptoren, sogenannte Zapfen, die in die Typen Rot, Grün und Blau unterteilt sind. Grüne Zapfen machen etwa 60 % der Gesamtzahl aus, sodass Menschen Grün als viel heller wahrnehmen als Rot oder Blau-selbst wenn alle die gleiche physikalische Strahlungskraft haben.
Für an helle Bedingungen angepasste Augen liegt die maximale relative spektrale Empfindlichkeit bei 555 nm. Grünes Licht dieser Wellenlänge erzeugt die stärkste Helligkeitswahrnehmung mit einer theoretischen maximalen Lichtausbeute von 683 lm/W-, die in der Branche als photometrisches Strahlungsäquivalent Km bekannt ist. In der Praxis ist dieser Wert jedoch unerreichbar, da dafür 1 W physikalischer Strahlungsleistung verlustfrei in sichtbares Licht umgewandelt werden müsste.
Auch wenn monochromatisches grünes Licht am effizientesten wäre, ist es für die meisten Beleuchtungsanforderungen ungeeignet. Planer bevorzugen weißes Licht, das in verschiedenen Farbtemperaturen erhältlich ist und eine optimale Farbwiedergabe bietet. Wenn man jedoch weitere Wellenlängen im sichtbaren Bereich (380–780 nm) zur Spektralverteilung hinzufügt, verringert sich die theoretische maximale Lichtausbeute.
Auch wenn monochromatisches grünes Licht am effizientesten wäre, ist es für die meisten Beleuchtungsanforderungen ungeeignet. Planer bevorzugen weißes Licht, das in verschiedenen Farbtemperaturen erhältlich ist und eine optimale Farbwiedergabe bietet. Wenn man jedoch weitere Wellenlängen im sichtbaren Bereich (380–780 nm) zur Spektralverteilung hinzufügt, verringert sich die theoretische maximale Lichtausbeute.
Die Abhängigkeit der Lichtausbeute vom Spektrum
Die folgende Tabelle zeigt die theoretische maximale Lichtausbeute verschiedener Spektren, wie sie mathematisch von DIAL ermittelt wurde:
Darüber hinausLEDsBei unterschiedlichen Farbtemperaturen gibt es auch Beispiele für Temperaturstrahlung und Gasentladungsbeleuchtung. Die Systemeffizienz und der Lichtstrom der in dieser Tabelle aufgeführten Lampen oder Module wurden im eigenen akkreditierten photometrischen Labor von DIAL getestet und gemessen-und diese Messungen bilden die Grundlage für die Berechnung der Systemlichtausbeute. Unter Verwendung der relativen Lichtempfindlichkeitskurve für photopisches Sehen (bezeichnet als V(λ)) wurde die theoretische maximale Lichtausbeute für jedes Lichtspektrum berechnet.
Aus der Tabelle geht hervor, dass das typische Spektrum von awarmweiße LEDerreicht eine theoretische Modullichtausbeute von ca. 320 lm/W. Allerdings geht diese Berechnung von einer verlustfreien Umwandlung der physikalischen Strahlungsleistung in die Wellenlängen des Spektrums aus; in der Realität ist die erreichbare Modullichtausbeute weitaus geringer. Mit Blick auf die Zukunft könnte es möglich sein, eine Systemlichtausbeute im Bereich von 200–250 lm/W zu erreichen.
Darüber hinaus enthält die Übersicht die Energieumwandlungseffizienz der getesteten Lampen-eine Metrik, die beschreibt, welcher Anteil der Eingangsleistung in sichtbares Licht umgewandelt wird. In dieser Hinsicht übertreffen effiziente LEDs herkömmliche Lampen deutlich. Beispielsweise haben Glühlampen einen Energieumwandlungswirkungsgrad von nur 10 bis 20 %Die heutigen hocheffizienten LEDs erzielen Wertezwischen 40 % und 50 %. Dennoch bedeutet dies immer noch, dass 50 bis 60 % der Leistung als Wärme verloren gehen.
Diese Zahlen sollten jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass viele derzeit auf dem Markt befindliche LEDs eine deutlich geringere Systemlichtausbeute haben{0}}und ihre Energieumwandlungseffizienz entsprechend schlecht ist.
Abschied von der Idee enormer Fortschritte in der Lichtwirksamkeit
Es ist unwahrscheinlich, dass die Steigerung der erreichbaren Lichtausbeute in den kommenden Jahren an die rasanten Zuwächse der Anfangsjahre nach der Massenproduktion weißer LEDs heranreichen wird. Die Kurve der maximalen Lichtausbeute neu entwickelter LED-Produkte flacht allmählich ab
Das heißt, der DurchschnittLichtausbeute von LED-Leuchtenwird sich zweifellos weiter verbessern. Denn auf dem Markt gibt es immer noch viele Leuchten mit Lichtausbeutewerten von 50–70 lm/W-, die noch viel Raum für Optimierungen lassen. Die in den letzten Jahren in seinem akkreditierten Labor durchgeführten Messungen von DIAL belegen diesen Trend deutlich.
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