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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
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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
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Eigenschaften des Lichtes einer
Glühbirne
Sonnenähnliches Spektrum
Warmes Licht
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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)
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Übersicht
Kriterium Glühbirne
(60W)
Spektrum kontinuierlich
Energieverbrauch 100%
Kosten Ca. 1 €
Lebensdauer 1000 h
Schädliche
Materialien
-
Mechanismus Schwarzkörper-
strahlung
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Alternative zur Glühlampe
„Alte,
verschwenderische
Technologie“
18
http://193.196.117.23/projekte/WS08_
Hofeinfahrtsbeleuchtung/gluehbirne.jpg
Inhaltsübersicht
Glühbirne
Energiesparlampe
LEDs
Vergleich
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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
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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
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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
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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
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Umweltaspekt der Energiesparlampe
etwa 3 mg Quecksilber
pro Lampe
Dämpfe führen zu einer Schwermetallvergiftung
Entsorgung im Sondermüll
Ohne Quecksilber
um 2/3 geringere Lichtausbeute
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http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgabe
n/ep200804/bilder/0408_quecksilber_z.jpg
Umweltbilanz: Beispielrechnung
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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
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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
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Beurteilung der Energiesparlampe
Größere Effizienz
Geringe Wärmeverluste
Breite Auswahl an verschiedenen Modellen
Unangenehmes Licht
Gesundheitsschädliches Quecksilber
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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
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Alternative zur Energiesparlampe
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http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Energiesparlampe_01a.jpg
Inhaltsübersicht
Glühbirne
Energiesparlampe
LEDs
Vergleich
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Leuchtdiode
lichtemittierende
Diode
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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
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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
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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
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Inhaltsübersicht
Glühbirne
Energiesparlampe
LEDs
Vergleich
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Vergleich Glühlampe und
Energiesparlampe
hinsichtlich der Energieeffizienz
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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
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http://de.wikipedia.org/wiki/Kompaktleuchtstofflampe
Wie viel spart man durch eine
Energiesparlampe ein?
www.energievergleich.de
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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
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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
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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: