Energiesparlampen und

Beleuchtungstechnik

1

http://www.lexakon.de/wp-content/uploads/energiesparlampen-vergleich-gluehbirne-test-kompaktleuchtstofflampe.jpg

Inhaltsübersicht

Glühbirne

Energiesparlampe

LEDs

Vergleich

2

Zeitleiste:

1879:

Erste Glühbirne,

Thomas Edison

1901:

Erste

Quecksilber-

dampflampe

von Peter

Cooper-Hewitt

1938: General Electric

beginnt mit der

Produktion von

Leuchtstoffröhren nach

Patenten von Edmund

Germer

3

Zeitleiste:

1980:

Philips bringt

die erste

Kompaktleucht-

stoffröhre auf

den Markt

1993:

Herstellung von

den ersten

effizienten blauen

LEDs durch die

Firma Nichia

1962:

Nick Holonyak

entwickelt die

erste

kommerzielle

rote LED für GE

ab 2009:

Schrittweises

Verbot von

Glühlampen

4

Statistiken

19 % des weltweiten Energieverbrauchs entfallen auf

die Beleuchtung (Deutschland: 10%)

14 Milliarden Lichtquellen werden weltweit jährlich

verkauft

Circa 315 Millionen Glühbirnen in deutschen

Privathaushalte

Verkaufszahlen 2009 : 200 Millionen Glühlampen

40 Millionen Energiesparlampen

5

Entwicklung der Effizienz

6

Diplomarbeit Energiesparlampen

Inhaltsübersicht

Glühbirne

Energiesparlampe

LEDs

Vergleich

7

Die Glühbirne

8

http://193.196.117.23/projekte/WS08_

Hofeinfahrtsbeleuchtung/gluehbirne.jpg

Aufbau

Meist evakuierter

Kolben

Glühwendel wird auf circa

2000K -3000 K erhitzt

Emission von Strahlung

9

http://www.elektronikinfo.de/strom/

thermischelampen.htm#Gluehlampen

Schwarzkörperstrahlung

10 http://www.ergonomic.de/files/ener

giesparlampen_und_oekologie.pdf

Plank‘sche Strahlungsgesetz

Strahlungsgesetz nach Rayleigh-Jeans:

Energiedichte pro Frequenzintervall

Bose – Einstein – Statistik:

Energie der Photonen (Bosonen)

11

12

Strahlungsgesetz von Planck:

Energiedichte pro Frequenzintervall

Lässt sich durch in Abhängigkeit von darstellen

Beispiel von Schwarzkörperstrahlung

13

http://www.youtube.com/watch?v=ivd6miIBFc4

Beispiele für Farbtemperaturen

Lichtquelle Farbtemperatur

Kerze 1500 K

Glühlampe (40W) 2680 K

Leuchtstoffröhre (Kaltweiß) 4000 K

Mittagssonne 5500 – 5800 K

14

Eigenschaften des Lichtes einer

Glühbirne

Sonnenähnliches Spektrum

Warmes Licht

15

http://www.sein.de/archiv/2009/februar-2009/schaedliches-

licht--warum-energiesparlampen-krank-machen.html

http://www.sein.de/archiv/2009/februar-2009/schaedliches-

licht--warum-energiesparlampen-krank-machen.html

Beurteilung der Glühbirne

Angenehmes Spektrum

Dimmbar

Große Wärmeverluste

Geringe Effizienz (nur 5 – 10 % Lichtleistung)

Geringe Lebenszeit (Durchbrennen der Lampe)

16

Übersicht

Kriterium Glühbirne

(60W)

Spektrum kontinuierlich

Energieverbrauch 100%

Kosten Ca. 1 €

Lebensdauer 1000 h

Schädliche

Materialien

-

Mechanismus Schwarzkörper-

strahlung

17

Alternative zur Glühlampe

„Alte,

verschwenderische

Technologie“

18

http://193.196.117.23/projekte/WS08_

Hofeinfahrtsbeleuchtung/gluehbirne.jpg

Inhaltsübersicht

Glühbirne

Energiesparlampe

LEDs

Vergleich

19

Energiesparlampen

Verkleinerte kompakte Leuchtstoffröhren

20

http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Energiesparlampe_01a.jpg

Gasentladung

21 http://www.naturpur-award.de/fileadmin/uploads/projekte/downloads/energiesparlampen.pdf

Anregung von Quecksilber

22

Spektrum

400 500 600 700 Wellenlänge

in nm

23

http://www.ergonomic.de/files/energiesparlampen_und_oekologie.pdf

http://www.sein.de/archiv/2009/februar-2009/schaedliches-licht--warum-energiesparlampen-krank-machen.html

Anforderungen an eine

Energiesparlampe

Große Beschleunigungsspannung

Leicht flüchtiges und anregbares Gas

Hohe Betriebsfrequenz

Großes Volumen

24

Wichtige Bauteile:

1. Lampensockel

2. Vorschaltgerät

3. Leuchtstoffröhre

Lampensockel

Vorschaltgerät

Leuchtstoffröhre

25

http://www.mobile-research.ethz.ch/var/ESL_Report.pdf

Schematischer Schaltplan

Erhitzen und anschließendes Schließen des

Bimetallschalters

Aufheizen der Elektroden

Freisetzen von Elektronen 26

Nach Abkühlung öffnet sich der Bimetallschalter

Strom fällt schlagartig ab

Große Spannung (kV!) wird induziert

Der Vorgang wird mit 50/60 Hz wiederholt

27

Elektrische Vorschaltgeräte

Betriebsfrequenz: circa 15.000 Hz

Kein unangenehmes Flimmern

Steuertransformator

Vorschaltdrossel

Schalt-Transistoren

28

http://www.b-kainka.de/bastel112.html

http://de.wikipedia.org/wiki/Vorschaltger%C3%A4t

Der innere Aufbau:

29

http://www.vip-bremen-nord.de/Wissen/Kompaktleuchtstofflampe.html

Probleme des Linienspektrums:

große Einbußen in der sogenannten

„Farbwiedergabe“

Maßnahmen:

Erhöhung des Drucks in der Lampe

Breitere Banden

Zusatz von „Phosphoren“ , Leuchtstoffe

30

Umweltaspekt der Energiesparlampe

etwa 3 mg Quecksilber

pro Lampe

Dämpfe führen zu einer Schwermetallvergiftung

Entsorgung im Sondermüll

Ohne Quecksilber

um 2/3 geringere Lichtausbeute

31

http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgabe

n/ep200804/bilder/0408_quecksilber_z.jpg

Umweltbilanz: Beispielrechnung

32

Kriterium Glühbirne Energiesparlampe

Quecksilbergehalt 0 mg Circa 3 mg

Leistung 60 Watt 11 Watt

Tägliche Brenndauer 4 h 4 h

Quecksilberemission pro kWh

Lebensdauer 1000h 10.000 h

Mit folgenden Formeln kann die Quecksilberemission errechnet werden

Material:

Stromverbrauch:

Ergebnis

33

Die Glühbirne hat beim aktuellen Energiemix

eine schlechtere Quecksilberbilanz als die

Energiesparlampe

Quecksilberemission aufgrund Glühlampe Energiesparlampe

Material

Stromverbrauch

Gesamt

EU – Verbot von Glühbirnen

August 2003 – Europäische Kommission beschließt Direktive „Öko-Design“

April 2009 – Die entsprechende EG-Verordnung 244/2009 tritt in Kraft

Gültigkeit Verbot von Glühbirnen über

Seit September 2009 100 Watt

Seit September 2010 75 Watt

Seit September 2011 60 Watt

Ab September 2012 25 Watt

34

Beurteilung der Energiesparlampe

Größere Effizienz

Geringe Wärmeverluste

Breite Auswahl an verschiedenen Modellen

Unangenehmes Licht

Gesundheitsschädliches Quecksilber

35

Übersicht

Kriterium Glühbirne

(60W)

Energiesparlampe

(11W)

Spektrum kontinuierlich Linienspektrum

Energieverbrauch 100% 18,3%

Kosten Ca. 1 € Ca. 10 €

Lebensdauer 1000 h 10.000 h

Schädliche

Materialien

- Quecksilber

Mechanismus Schwarzkörper-

strahlung

Gasentladung

36

Alternative zur Energiesparlampe

37

http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Energiesparlampe_01a.jpg

Inhaltsübersicht

Glühbirne

Energiesparlampe

LEDs

Vergleich

38

Leuchtdiode

lichtemittierende

Diode

39

http://www.n-tv.de/wirtschaft/GE-geht-ein-Licht-auf-article753477.html

http://lerntagebuch.ch/bea10ser/files/2011/03/1197090

733366797408vermeil_IEC_LED_Symbol.svg_.hi_.png

Anwendungsgebiete

Straßenbeleuchtung

Automobilindustrie

Led-Screen (Reklame)

Anzeigetafel

40

http://smggermany.typepad.

com/photos/uncategorized/

2007/08/10/vollled.jpg

http://neoprop.ch/wordpress/wp-content/

uploads/2010/05/LED_Produkte_Neoprop1.pdf

http://www.cleanthinking.de/wp

-content/uploads/Philips_

Kieselbronn_LED-

Strassenbeleuchtung.jpg

http://neoprop.ch/wordpress/wp-content/

uploads/2010/05/LED_Produkte_Neoprop1.pdf

http://neoprop.ch/wordpress/wp-content/

uploads/2010/05/LED_Produkte_Neoprop1.pdf

Funktionsprinzip der LEDs

Elektronen wandern aufgrund der Spannung zu den

Löchern

Wenn diese rekombinieren, wird Licht emittiert

41 http://winfwiki.wi-fom.de/images/thumb/3/32/LED_Funktion_pn-uebergang.gif/180px-LED_Funktion_pn-uebergang.gif

42

http://www.youtube.com/watch?v=Gjf72tH4R3o

Spektrum einer LED

43

Schmales, unnatürliches

Spektrum

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blue_LED_Spectrum.gif

http://www.sein.de/archiv/2009/februar-2009/schaedliches-licht--warum-energiesparlampen-krank-machen.html

Beurteilung der LED – Leuchte

Lange Lebenszeit

Energieeffizient

Geringer Wartungsaufwand

Unangenehmes Spektrum

Hoher Preis

44

Weiterentwicklung der Led: Oled

organische Leuchtdiode

Vorteil:

geringe Stromdichte

flexiblere Bauteile

45 http://de.wikipedia.org/wiki/Organische_Leuchtdiode

http://www.oled-online.de/wp-content/uploads

/2011/04/OLED-Bildschirm-OLED-Flexibel.jpg

Aufbau einer Oled

46

http://de.wikipedia.org/wiki/Organische_Leuchtdiode

http://www.oled-forschung.de/institut/struktur.html

Übersicht

Kriterium Glühbirne

(60W)

Energiesparlampe

(11W)

LED

(8W)

Spektrum kontinuierlich Linienspektrum Sehr scharf

Energieverbrauch 100% 18,3% 13,3%

Kosten Ca. 1 € Ca. 10 € 25 – 30 €

Lebensdauer 1000 h 10.000 h 50.000 h

Schädliche

Materialien

- Quecksilber -

Mechanismus Schwarzkörper-

strahlung

Gasentladung Halbleiter

47

Inhaltsübersicht

Glühbirne

Energiesparlampe

LEDs

Vergleich

48

Vergleich Glühlampe und

Energiesparlampe

hinsichtlich der Energieeffizienz

49

http://www.optischetechnologien.de/fileadmin/MEDIENDATENBANK/WIRTSCHAFT/Licht-der-Zukunft-FINAL_DRUCK030408kl.pdf

Warum brauchen Energiesparlampen

nun eigentlich weniger Strom?

Geringe

Wärmeentwicklung bei

der Energiesparlampe

50

http://de.wikipedia.org/wiki/Kompaktleuchtstofflampe

Wie viel spart man durch eine

Energiesparlampe ein?

www.energievergleich.de

51

Rechenbeispiel 39.4Millionen Haushalte

Durchschnittlich circa 8 Glühlampen pro Haushalt

315.2 Millionen Glühbirnen in Deutschland

Durchschnittliche Brennzeit: circa 4 h (1/8 eines Tages)

Einsparpotential pro Glühbirne: etwa 48 Watt

~ 1.875 Gigawatt Einsparungspotential

52

Wenn 50% der Glühlampen umgetauscht werden

912 Megawatt werden eingespart

Das Kernkraftwerk

Isar 1 kann getrost

abgeschaltet bleiben

53 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3e/KKI.jpg/320px-KKI.jpg

FFrauenhoferinstitut System- und Inovationsforschung 2006 54

Frauenhoferinstitut System- und Inovationsforschung 2006 55

Zusammenfassung

Energiesparlampen sind effizienter, da sie

weniger Wärme produzieren

Es gibt gute Alternativen zur Glühbirne

Die Zukunft liegt bei Leds und Oleds

56

Vielen Dank für

Ihre

Aufmerksamkeit!

57

Quellen

58

Glühbirne: http://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChlampe

Thomas Edison: http://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChlampe

Quecksilberdampflampe: http://www.ringwoodmanor.com/peo/ch/pch/lamp.gif

Peter Cooper – Hewitt: www.americanhistory.si.edu/lighting/IMAGES/hewit2.jpg

Leuchtstoffröhre: http://0.tqn.com/d/inventors/1/0/w/Q/germer_patent.jpg

Logo GE: http://www.businesspundit.com/wp-content/uploads/2008/07/generalelectric.gif

Edmund Germer http://www.trueknowledge.com/images/thumbs/90/90/LymanReedBlake.jpg

Rote LED: http://www.imt.eu/industrial_lighting_technical_info/images/thumb_led.jpg

Nick Holonyak: http://de.wikipedia.org/wiki/Nick_Holonyak

Erste Kompaktleuchtstoffröhre: http://de.wikipedia.org/wiki/Kompaktleuchtstofflampe

Logo Philips: http://www.afs60.de/webcontent/images/Philips_Wortmarke.jpg

Blaue LED: http://www1.conrad-uk.com/m/1000_1999/800/1870/1875/187518_AB_00_FB.EPS.jpg

Glühbirne: http://www.showcase.photo-royalty-free.com/objects_of_still_life/gluehlampe-leuchtend.jpg

EU – Flagge: http://www.eurococ.eu/files/Image/newsletter/no.%204%20-%20January%202011/eu_flag.jpg?

http://www.energie-bewusstsein.de/index.php?page=thema_strom_beleuchtung&p2=leuchtmittel_vergleichstabelle

http://www.lighting.philips.com/de_de/consumer/home_lighting/downloads/die_funktionsweise_einer_energiesparlampe.pdf

http://www.dieenergiesparlampe.de/leuchtstofflampen/funktionsweise/

http://www.mobile-research.ethz.ch/var/ESL_Report.pdf

http://www.naturpur-award.de/fileadmin/uploads/projekte/downloads/energiesparlampen.pdf

http://www.ergonomic.de/files/energiesparlampen_und_oekologie.pdf

http://www.tips-project.org/workshop/Dokumentation/Plenum_Tag1_Thomas.pdf

http://www.tips-project.org/workshop/Dokumentation/Plenum_Tag1_Gruber.pdf

Folien Zeitleiste:

Wichtige Quellen: