Festverbaute LEDs in Lampen- Wie lange halten diese?

Die Lebensdauer von LEDs: Vergleich und Fortschritte

Die Lebensdauer von LEDs wird im Allgemeinen in Betriebsstunden angegeben, was eine gängige Methode zur Bestimmung der Langlebigkeit von Leuchtmitteln ist. LEDs sind dafür bekannt, dass sie deutlich länger halten als herkömmliche Glüh- oder Halogenlampen. Hersteller geben typischerweise eine Lebensdauer von etwa 20.000 bis 50.000 Stunden an. Diese beeindruckenden Zahlen sind das Ergebnis der technologischen Fortschritte, die in der LED-Entwicklung gemacht wurden. Um die Bedeutung dieser Betriebsstunden in einem alltäglichen Kontext zu verstehen, kann man ein einfaches

Rechenbeispiel anstellen: Eine LED-Lampe, die durchschnittlich 3 Stunden pro Tag genutzt wird, würde bei einer Lebensdauer von 20.000 Stunden ungefähr 18 Jahre lang halten. Wird die gleiche Lampe 50.000 Stunden lang betrieben, könnte sie bis zu 45 Jahre halten. Dies ist ein enormer Vorteil gegenüber herkömmlichen Glühlampen , die im Durchschnitt nur etwa 1.000 Stunden und Halogenlampen, die etwa 2.000 bis 4.000 Stunden halten.

Vergleich mit herkömmlichen Leuchtmitteln

Die lange Lebensdauer von LEDs trägt maßgeblich dazu bei, dass sie zunehmend Glüh- und Halogenlampen ersetzen. Während eine herkömmliche Glühlampe relativ schnell durchbrennt und häufig ausgetauscht werden muss, reduziert die Verwendung von LEDs den Wartungsaufwand erheblich. Diese Verringerung der Austauschhäufigkeit ist nicht nur praktisch, sondern spart auf lange Sicht auch Kosten.

Technologische Fortschritte und Effizienz

Die beeindruckende Lebensdauer von LEDs ist das Ergebnis zahlreicher technologischer Fortschritte. LEDs nutzen Halbleitertechnologie, die eine effizientere Umwandlung von Elektrizität in Licht ermöglicht, im Vergleich zu den traditionellen Methoden der Lichtemission bei Glühbirnen. Während eine Glühlampe durch den Erhitzungseffekt eines Wolframfadens Licht erzeugt und dabei viel Energie als Wärme verliert, arbeiten LEDs kühler und effizienter.

Langfristige Zuverlässigkeit

Neben der langen Lebensdauer bieten LEDs auch eine konstante Lichtqualität über ihre gesamte Betriebszeit. Bei vielen herkömmlichen Lampen sinkt die Lichtausbeute im Laufe der Zeit, wohingegen LEDs dazu neigen, ihre Helligkeit über einen viel längeren Zeitraum konstant zu halten. Auch die Ausfallrate ist bei LEDs niedriger, was sie zu einer zuverlässigen Wahl für Anwendungen macht, bei denen kontinuierliche Beleuchtung entscheidend ist, wie zum Beispiel in industriellen Umgebungen oder öffentlichen Einrichtungen.

Wirtschaftliche und ökologische Vorteile

Die lange Lebensdauer von LEDs bringt nicht nur wirtschaftliche Vorteile durch reduzierte Wartungs- und Austauschkosten, sondern auch ökologische Vorteile. Weniger häufige Austausche bedeuten weniger Abfall und geringeren Ressourcenverbrauch. Dies macht LEDs zu einer umweltfreundlicheren Option, die zu einer nachhaltigen Beleuchtungsstrategie beitragen kann.

"Um die Lebensdauer von LEDs zu verlängern, stelle sicher, dass sie nicht überhitzt werden. LEDs sind empfindlich gegenüber Hitze und hohe Temperaturen können ihre Lebensdauer drastisch reduzieren. Daher ist es wichtig, dass die LEDs richtig gekühlt werden, z.B. durch die Verwendung von Kühlkörpern oder Lüftern."

Degradation von LEDs: Ursachen, Auswirkungen und Gegenmaßnahmen

Degradation ist ein Begriff, der in vielen technischen und wissenschaftlichen Bereichen verwendet wird und allgemein den Prozess der Verschlechterung oder des allmählichen Abbaus von Materialeigenschaften, Leistung oder Effizienz beschreibt. In Bezug auf LED-Technologie bezieht sich Degradation auf die Verringerung der Lichtleistung und Effizienz von LEDs über die Zeit. Dieser Prozess ist unvermeidlich, aber seine Geschwindigkeit und das Ausmaß können durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden.

Degradation bei LEDs

Bei LEDs tritt Degradation hauptsächlich in Form einer Abnahme der Lichtausbeute auf. Diese Abnahme wird oft als Lichtstromerhalt oder Lumen-Maintenance bezeichnet und wird in Prozent der ursprünglichen Lichtausbeute ausgedrückt. Ein typischer Degradationswert könnte zum Beispiel 70% der ursprünglichen Helligkeit nach 50.000 Betriebsstunden sein, oft angegeben als L70. Das bedeutet, dass die LED nach dieser Betriebszeit immer noch 70% ihrer ursprünglichen Helligkeit liefert.

Ursachen der Degradation

1. Thermische Belastung: Übermäßige Hitze ist einer der Hauptgründe für die Degradation von LEDs. Obwohl LEDs effizienter sind als traditionelle Leuchtmittel, erzeugen sie dennoch Wärme, die abgeführt werden muss. Eine schlechte Wärmeableitung kann zu einer Überhitzung führen, was die LED-Materialien schädigt und die Lichtausbeute verringert.
2. Elektrische Belastung: Starke oder schwankende Strombelastungen können die Lebensdauer und Effizienz von LEDs beeinträchtigen. Eine konstante und stabile Stromversorgung ist entscheidend für die Minimierung der Degradation.
3. Umgebungsbedingungen: Feuchtigkeit, extreme Temperaturen und chemische Einflüsse können die Materialien der LED und der zugehörigen Komponenten angreifen und zu einer schnelleren Degradation führen.
4. Materialqualität: Die Qualität der verwendeten Materialien hat einen erheblichen Einfluss auf die Degradationsrate. Hochwertige LEDs mit robusten Materialien zeigen in der Regel eine langsamere Degradation im Vergleich zu minderwertigen Produkten.

Auswirkungen der Degradation 

Die Degradation von LEDs wirkt sich direkt auf deren Leistung und Effizienz aus. Mit zunehmender Degradation nimmt nicht nur die Helligkeit ab, sondern es können auch Farbverschiebungen auftreten, die die Lichtqualität beeinträchtigen. Dies kann besonders in Anwendungen kritisch sein, bei denen konstante Lichtverhältnisse erforderlich sind, wie in industriellen Umgebungen, medizinischen Einrichtungen oder Kunstgalerien.

Maßnahmen zur Reduzierung der Degradation

1. Gutes Wärmemanagement: Die Implementierung effektiver Kühlsysteme oder -techniken kann die Temperatur der LEDs niedrig halten und so die Degradation verlangsamen.
2. Hochwertige Materialien: Die Verwendung von hochwertigen LEDs und Komponenten kann die Degradationsrate erheblich verringern.
3. Stabile Stromversorgung: Eine konstante und saubere Stromzufuhr verhindert elektrische Überlastungen und schützt die LED-Komponenten.
4. Schutz vor Umwelteinflüssen: Geeignete Gehäuse und Schutzbeschichtungen können LEDs vor schädlichen Umwelteinflüssen schützen und die Lebensdauer verlängern.

Faktoren und Methoden zur Berechnung der LED-Lebensdauer

Die Lebensdauer von LEDs wird in der Regel in Betriebsstunden angegeben und beschreibt den Zeitraum, in dem die LED eine bestimmte Leistung oder Helligkeit aufrechterhalten kann. Diese Berechnung basiert auf mehreren Faktoren und Tests, die sicherstellen sollen, dass die LEDs unter realen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Hier sind die wichtigsten Schritte und Faktoren, die bei der Berechnung der LED-Lebensdauer berücksichtigt werden:

1. Lumen Maintenance (Lichtstromerhalt): Die Lebensdauer einer LED wird oft als die Zeit definiert, bis die Lichtausbeute auf einen bestimmten Prozentsatz des ursprünglichen Wertes gesunken ist. Typische Messwerte sind:

1. L70: Die Zeit, bis die LED 70% ihrer ursprünglichen Lichtausbeute erreicht.
2. L80: Die Zeit, bis die LED 80% ihrer ursprünglichen Lichtausbeute erreicht.

Beispielsweise bedeutet L70=50.000 Stunden, dass die LED nach 50.000 Betriebsstunden noch 70% ihrer ursprünglichen Helligkeit bietet.

2. Testbedingungen: LEDs werden unter standardisierten Bedingungen getestet, um konsistente und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Diese Tests umfassen:

1. Temperatur: LEDs werden bei verschiedenen Temperaturen getestet, um ihre Leistung unter realistischen Betriebsbedingungen zu messen.
2. Betriebsstrom: Der Strom, mit dem die LEDs betrieben werden, wird während der Tests konstant gehalten.
3. Umgebungsbedingungen: Tests berücksichtigen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit und Luftdruck.

3. Beschleunigte Lebensdauertests: Da es unpraktisch ist, LEDs über ihre gesamte Lebensdauer hinweg zu testen, werden beschleunigte Tests verwendet. Diese Tests erhöhen die Betriebstemperatur und -strom, um den Alterungsprozess zu beschleunigen. Die Ergebnisse dieser Tests werden dann extrapoliert, um die Lebensdauer unter normalen Bedingungen abzuschätzen.

4. Ausfallrate und Zuverlässigkeit: Neben der Lichtausbeute wird auch die Ausfallrate der LEDs berücksichtigt. Dies bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit, dass eine LED aufgrund eines technischen Defekts vollständig ausfällt. Statistische Methoden wie die Weibull-Verteilung werden verwendet, um die Ausfallrate über die Zeit zu modellieren.

5. Herstellerangaben und Zertifizierungen: Hersteller geben oft garantierte Lebensdauern basierend auf ihren internen Tests und Modellen an. Zertifizierungen von unabhängigen Prüfinstituten können zusätzliche Sicherheit bieten, dass die angegebenen Lebensdauern zuverlässig sind.

Beispiel einer Berechnung 

Ein Hersteller könnte eine LED bei 25°C Raumtemperatur mit einem Betriebsstrom von 350 mA testen und feststellen, dass die LED nach 10.000 Stunden noch 95% ihrer ursprünglichen Helligkeit beibehält. Mit mathematischen Modellen und beschleunigten Tests bei höheren Temperaturen könnte extrapoliert werden, dass die LED unter normalen Bedingungen nach 50.000 Stunden noch 70% ihrer Helligkeit aufweist (L70).

Einflussfaktoren auf die tatsächliche Lebensdauer von LEDs

Die tatsächliche Lebensdauer von LEDs kann durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden, die über die einfache Angabe der Betriebsstunden hinausgehen. Hierbei spielen Schaltzyklen, die Anzahl der Betriebsstunden und die Umgebungstemperatur eine wesentliche Rolle. Diese Faktoren können die Leistung und Langlebigkeit von LEDs erheblich beeinflussen und sollten bei der Auswahl und Installation von LED-Beleuchtung berücksichtigt werden.

1. Schaltzyklen

Definition und Einfluss: Schaltzyklen beziehen sich auf die Anzahl der Male, die eine LED ein- und ausgeschaltet wird. Jede LED hat eine begrenzte Anzahl von Schaltzyklen, die sie bewältigen kann, bevor ihre Leistung beeinträchtigt wird.

Einfluss auf die Lebensdauer: Häufiges Ein- und Ausschalten kann zu thermischen Spannungen in der LED führen, da sie sich jedes Mal erhitzt und abkühlt. Diese thermischen Zyklen können die internen Komponenten belasten und zu vorzeitigem Ausfall führen. LEDs sind generell robuster gegenüber Schaltzyklen im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen. Dennoch kann ein extrem häufiges Ein- und Ausschalten, beispielsweise in Anwendungen wie Bewegungsmeldern oder Blinklichtern, die Lebensdauer verkürzen.

Herstellerangaben: Viele Hersteller geben an, dass ihre LEDs für eine bestimmte Anzahl von Schaltzyklen ausgelegt sind. Dies kann von wenigen tausend bis zu mehreren Millionen Zyklen reichen, abhängig von der Qualität und Bauweise der LED.

2. Anzahl der Betriebsstunden

Definition und Einfluss: Die Anzahl der Betriebsstunden bezieht sich auf die gesamte Zeit, die eine LED im eingeschalteten Zustand verbringt. Dies ist der primäre Faktor, der die Lebensdauer von LEDs bestimmt und wird typischerweise von Herstellern angegeben.

Einfluss auf die Lebensdauer: Die Lebensdauer einer LED wird oft in Bezug auf Lumen -Maintenance angegeben, z.B. L70 (die Zeit, bis die LED 70% ihrer ursprünglichen Lichtausbeute erreicht). Eine längere Betriebszeit bedeutet eine höhere kumulative Belastung der LED-Komponenten. LEDs, die konstant für längere Zeiträume betrieben werden, zeigen im Allgemeinen eine längere Lebensdauer im Vergleich zu solchen, die häufig ein- und ausgeschaltet werden.

Praxisbeispiel: Eine LED, die durchschnittlich 3 Stunden pro Tag betrieben wird, hat eine wesentlich längere erwartete Lebensdauer als eine, die 24 Stunden pro Tag in Betrieb ist. Dies bedeutet, dass dieselbe LED in einem Haushalt länger hält als in einer industriellen Anwendung, wo sie möglicherweise rund um die Uhr leuchtet.

3. Umgebungstemperatur

Definition und Einfluss: Die Umgebungstemperatur ist die Temperatur der Luft um die LED herum während des Betriebs. LEDs sind empfindlich gegenüber hohen Temperaturen, da sie die Leistung und Lebensdauer direkt beeinflussen können.

Einfluss auf die Lebensdauer:

Hohe Temperaturen: Wenn LEDs bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben werden, kann dies zu einer Überhitzung führen. Überhitzung beschleunigt die Degradation der LED-Materialien und verringert die Lichtausbeute schneller.

Niedrige Temperaturen: Niedrige Temperaturen sind im Allgemeinen weniger schädlich für LEDs und können sogar deren Lebensdauer verlängern. LEDs arbeiten effizienter und mit weniger Wärmeentwicklung bei kühleren Temperaturen.

Wärmemanagement: Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um die Lebensdauer von LEDs zu maximieren. Dies kann durch das Design der LED-Leuchte, Kühlkörper und andere passive oder aktive Kühlmethoden erreicht werden.

Herstellerangaben: Die meisten Hersteller testen ihre LEDs bei standardisierten Temperaturen, typischerweise 25°C. Diese Tests liefern Basisdaten, aber die tatsächliche Lebensdauer kann variieren, wenn die LEDs in wärmeren oder kälteren Umgebungen betrieben werden.

Gründe für LED-Ausfälle und Möglichkeiten zum Austausch von LED-Lampen

LEDs können kaputt gehen, obwohl sie im Vergleich zu herkömmlichen Glüh- und Halogenlampen eine wesentlich längere Lebensdauer haben. Verschiedene Faktoren können dazu führen, dass eine LED ausfällt:

Überhitzung: Eine der häufigsten Ursachen für den Ausfall von LEDs ist Überhitzung. Wenn die Wärme nicht effektiv abgeführt wird, können die internen Komponenten der LED beschädigt werden. Dies kann durch unzureichendes Wärmemanagement, mangelnde Belüftung oder hohe Umgebungstemperaturen verursacht werden.

Elektrische Überlastung: Spannungsspitzen oder Stromschwankungen können die elektronischen Komponenten der LED beschädigen. Dies kann durch fehlerhafte Netzteile, unsachgemäße Verdrahtung oder elektrische Störungen im Stromnetz verursacht werden.

Qualitätsprobleme: Minderwertige LEDs oder schlechte Verarbeitung können ebenfalls zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Hochwertige LEDs von renommierten Herstellern haben in der Regel eine längere Lebensdauer und sind weniger anfällig für Defekte.

Mechanische Schäden: Physische Einwirkungen wie Stöße, Vibrationen oder unsachgemäße Handhabung können LEDs beschädigen. Besonders empfindlich sind die Verbindungen und Lötstellen innerhalb der LED.

Degradation: Auch wenn LEDs über lange Zeiträume zuverlässig arbeiten, unterliegen sie dennoch einem natürlichen Alterungsprozess. Die Lichtausbeute nimmt allmählich ab, und es kann zu Farbveränderungen kommen. Im Laufe der Zeit kann dies dazu führen, dass die LED als "kaputt" angesehen wird, auch wenn sie noch funktioniert.

Kann man LED-Lampen austauschen? 

Ob und wie LED-Lampen ausgetauscht werden können, hängt von der Bauweise der Leuchte und der Art der LED ab. Es gibt grundsätzlich zwei Haupttypen von LED-Lampen: austauschbare LED-Leuchtmittel und fest verbaute LED-Leuchten.

Austauschbare LED-Leuchtmittel

1. Einfacher Austausch: Viele LED-Lampen sind so konstruiert, dass sie herkömmliche Glüh- oder Halogenlampen direkt ersetzen können. Diese LEDs haben standardisierte Sockel (z.B. E27, GU10) und können einfach ausgetauscht werden, indem man sie in die vorhandene Fassung schraubt oder steckt.
2. Vorteile: Der Austausch ist einfach und erfordert keine speziellen Werkzeuge oder Fachkenntnisse. Zudem können defekte oder veraltete LEDs schnell und kostengünstig ersetzt werden.

Fest verbaute LED-Leuchten

1. Komplexität: Bei fest verbauten LEDs ist der Austausch in der Regel schwieriger, da die LEDs in die Leuchte integriert sind. Dies bedeutet oft, dass die gesamte Leuchte ersetzt werden muss, wenn die LEDs ausfallen.
2. Vorteile: Fest verbaute LEDs ermöglichen kompaktere und effizientere Designs. Sie bieten oft eine bessere Wärmeableitung und längere Lebensdauer, da sie speziell für die jeweilige Leuchte optimiert sind.

Fünf Tipps zur Verlängerung der Lebensdauer deiner LED-Leuchtmittel

1. Sorge für eine gute Wärmeableitung

Warum wichtig: Überhitzung ist eine der Hauptursachen für den vorzeitigen Ausfall von LEDs. Eine effektive Wärmeableitung kann die Temperatur der LED-Leuchtmittel niedrig halten und deren Lebensdauer verlängern.

Wie umsetzen: Verwende Leuchten, die speziell für LEDs entwickelt wurden und über gute Kühlkörper oder Belüftungssysteme verfügen. Achte darauf, dass die LED-Lampen in gut belüfteten Bereichen installiert werden, um die Wärmeabfuhr zu erleichtern. Reinige regelmäßig Staub und Schmutz von den Kühlkörpern und Lüftungsschlitzen, um die Effizienz der Wärmeableitung zu erhalten.

2. Stabile Stromversorgung gewährleisten

Warum wichtig: Spannungsschwankungen und elektrische Überlastungen können die internen Komponenten der LEDs beschädigen und ihre Lebensdauer verkürzen.

Wie umsetzen: Verwende LED-kompatible Dimmer , die eine gleichmäßige Stromversorgung sicherstellen und die Lebensdauer der LEDs nicht beeinträchtigen. Installiere Überspannungsschutzgeräte, um die LEDs vor plötzlichen Spannungsspitzen zu schützen. Achte darauf, dass die elektrischen Installationen in deinem Zuhause oder Betrieb ordnungsgemäß und sicher sind.

3. Häufiges Ein- und Ausschalten vermeiden

Warum wichtig: Jedes Mal, wenn eine LED ein- oder ausgeschaltet wird, wird sie thermischen Spannungen ausgesetzt, die ihre Lebensdauer beeinträchtigen können.

Wie umsetzen: Vermeide es, LEDs unnötig häufig ein- und auszuschalten. Lasse sie eingeschaltet, wenn du den Raum nur kurz verlässt. Verwende Bewegungsmelder und Timer, um das Ein- und Ausschalten der LEDs zu optimieren und die Anzahl der Schaltzyklen zu reduzieren. Für Bereiche, in denen häufiges Ein- und Ausschalten unvermeidlich ist, wähle LEDs, die für viele Schaltzyklen ausgelegt sind.

4. Umgebungsbedingungen berücksichtigen

Warum wichtig: Extreme Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit und aggressive Umgebungsbedingungen können die Leistung und Lebensdauer von LEDs beeinträchtigen.

Wie umsetzen: Installiere LEDs in Umgebungen, die innerhalb des empfohlenen Temperaturbereichs des Herstellers liegen. Vermeide den Einsatz von LEDs in feuchten oder korrosiven Umgebungen, es sei denn, sie sind speziell dafür ausgelegt (z.B. IP-geschützte LEDs für Außenbereiche ). Schütze LEDs vor direkter Sonneneinstrahlung und anderen extremen Witterungseinflüssen.

5. Qualitativ hochwertige LEDs und Zubehör wählen

Warum wichtig: Hochwertige LEDs und Komponenten bieten in der Regel eine bessere Leistung und längere Lebensdauer.

Wie umsetzen: Investiere in LEDs von renommierten Herstellern, die für ihre Qualität und Zuverlässigkeit bekannt sind. Achte auf Zertifizierungen und Gütesiegel, die die Qualität und Lebensdauer der LEDs bestätigen. Verwende nur kompatible Netzteile und Treiber, die speziell für die jeweiligen LEDs ausgelegt sind.

Fazit - So machst Du alles richtig!

Die Lebensdauer von LED-Leuchtmitteln kann durch einfache Maßnahmen erheblich verlängert werden. Eine gute Wärmeableitung, stabile Stromversorgung, Vermeidung häufiger Schaltzyklen, geeignete Umgebungsbedingungen und die Auswahl hochwertiger Produkte sind entscheidend. Durch die Beachtung dieser Tipps profitieren Sie von einer langlebigen, effizienten und zuverlässigen LED-Beleuchtung, die langfristig Kosten spart und die Umwelt schont

Falls du noch unentschlossen bist, wie du die Beleuchtung umsetzen willst, vereinbare doch gerne einen Termin mit den Lichtplanern von Skapetze, um eine persönliche Beratung und die Entwicklung eines individuellen Lichtkonzeptes in Anspruch zu nehmen.

Gerne kannst du uns auch vor Ort in Simbach am Inn unserem Lichtstudio besuchen kommen.

Falls du schon eine konkrete Idee hast, wie die Leuchten in deinem Zuhause aussehen sollten, können wir dir helfen, diese Idee in die Realität umzusetzen – unsere hauseigene Werkstatt macht es möglich.