LED – Die Leuchtdiode das Leuchtmittel der Zukunft

LED – Die Leuchtdiode das Leuchtmittel der Zukunft

LEDs sind ein interessantes aber auch viel diskutiertes Thema, was zumeist auf Fehlinformationen, Vorurteilen und unnötigen schlechten Erfahrungen beruht. Wir möchten hier ein wenig Licht ins Dunkel bringen und Vorurteile aus dem Weg räumen.

Der LED-Beleuchtung gehört die Zukunft und das ist auch gut so. Sie ist extrem sparsam, klein, günstig und schier unbegrenzt einsetzbar. Sie kann dezent und farblich dekorieren, das Wohnzimmer im Tageslicht erscheinen lassen und auch die die alt bewährte "Glühbirne" täuschend echt imitieren. Bereits hier widersprechen wir der sehr häufigen Meinung, dass LED-Licht kalt und unnatürlich ist.

In Zehn Punkten werden wir häufig gestellte Fragen klären, informieren und hoffentlich den einen oder anderen Irrglauben beseitigen. Erfahren Sie, wo LEDs eingesetzt werden können und welche Vorteile sie im Heimwerker und Bastelbereich besitzen.

1. Was ist eine LED und wie funktioniert eine LED?

LED steht für "Light Emitting Diode" oder auf Deutsch "Licht emittierende (ausstrahlende) Diode". Damit ist bereits viel gesagt – Es handelt sich um eine Diode, die Licht ausstrahlt. Wichtig ist in diesem Fall aber auch der Begriff Diode, da dieser eine Eigenheit spezifiziert.

Dioden sind Halbleiter, die den Strom nur in eine Richtung durchlassen. Das bedeutet im praktischen Einsatz, dass Leuchtdioden einerseits nur richtig Polarisiert genutzt werden können und für ein flackerfreies Licht Gleichstrom benötigen.

Warum LEDs leuchten und aus welchem Material sie bestehen müssen, um Licht, UV-Licht oder Infrarotstrahlung abzugeben, ist für den Endverbraucher von geringer Bedeutend. Leuchtdioden werden für ihren Zweck entsprechend angeboten und setzt man sich ein wenig mit den technischen Daten auseinander, lassen sich für den eigenen Anwendungszweck leicht die passenden LEDs finden. Hierfür werden im nächsten Absatz einige häufig genannten Angaben und Fachbegriffe kurz vorgestellt.

2. Wichtige Begriffe rund um die LED

Wer mit LEDs basteln und dekorieren möchte, kommt nicht drumherum sich mit einigen technischen Daten auseinander zu setzen. Hierzu muss man nicht zum Elektroniker werden. Wer jedoch weiß, welche Angaben wofür stehen, kann zumindest angebotene Leuchtdioden vergleichen und das Optimum für sich herausholen.

Anode und KathodeSie bezeichnen die beiden Anschlüsse einer Diode und gleichzeitig die Polarität, in der die LED angeschlossen wird. Anode steht hierbei für den kürzeren Anschluss (Bein) und den Pluspol. Die Kathode ist durch ein längeres Bein gekennzeichnet und bildet den Minuspol. Gleichzeitig besitzen viele LEDs eine Abflachung, um den Minuspol leichter zu erkennen.
AbstrahlwinkelAnders als Glühlampen strahlen LEDs ihr Licht selten rundherum ab. Aufgrund der Linsenform, tritt das Licht gebündelt als Kegel aus, was die Leuchtkraft auf einen Punkt verstärkt. Je größer der Abstrahlwinkel angegeben ist, desto breiter ist auch der Lichtkegel. Der Abstrahlwinkel ist für einzelne LEDs entscheidend, wird aber auch bei anderen Lampen (Halogen-Spot oder Reflektorlampen) angegeben.
diffusWird eine LED als diffus gekennzeichnet, so besitzt sie keinen Abstrahlwinkel. Ihre Oberfläche ist meist mattiert und/oder besitzt oberhalb eine Vertiefung. Beides sorgt dafür, dass das abgegebene Licht gestreut wird und die Leuchtdiode ihr Licht rundherum abgibt.
SMD-LED"Surface mounted Device" – "Oberflächenmontiertes Gerät": SMD-LEDs besitzen demnach nicht die typische zylindrische Form mit zwei Beinen, sondern sind meist flach und zum direkten Bestücken von Leiterplatten gedacht. Aufgrund eines etwas anderen Aufbaus sind sie heller und haltbarer als typische LEDs. Für eigene Bastel- und Dekorationsarbeiten sind sie aufgrund ihrer Form aber eher ungeeignet.
RGB-LEDRGB steht für die Grundfarben Rot, Grün und Blau. In einer RGB-LED werden diese drei Farben in einer LED kombiniert und lassen sich durch vier Anschlüsse einzeln ansprechen und mischen. 
SperrspannungHalbleiter lassen den angelegten Strom in nur einer Richtung durch. Verpolt man einen Halbleiter wird der Stromfluss gesperrt. Die Sperrspannung ist zwar höher als die zum Leuchten benötigte Spannung, aber auch begrenzt (meist etwa 5V). Wird die Sperrspannung überschritten, zerstört das in den meisten Fällen die LED. Da die Sperrspannung aber höher als die Betriebsspannung ist, kann eine LED gefahrenlos auch mal falsch herum angeschlossen werden. In diesem leuchtet sie lediglich nicht.
LeuchtdichteDie Leuchtkraft vieler Leuchtmittel wird in Lumen angegeben und bezeichnet das rundherum abgegebene Licht. Da LEDs nicht nach allen Seiten leuchten, kann die Angabe hier schlecht genutzt werden. Stattdessen kommt die Angabe Candela zum Einsatz, die das in eine Richtung abgegebene Licht auf einer Fläche beschreibt. Geben zwei LEDs dasselbe Licht ab, haben aber einen unterschiedlichen Abstrahlwinkel, erscheint der erzeugte Leuchtpunkt bei einem kleineren Abstrahlwinkel viel heller als bei einem großen Abstrahlwinkel. Die Angabe der Leuchtdichte von LEDs gibt daher nur in der Kombination mit dem Abstahlwinkel einen reellen Wert zum insgesamt abgegebenen Licht. Zum Vergleich sind online viele "Candela Lumen Rechner" zu finden.
warmweiß / kaltweißWährend gelbliches Licht als "warm" empfunden wird, ist rein weißes bis bläuliches Licht eher kühl. Darauf beziehen sich die Bezeichnungen Warm- und Kaltweiß. Zwar gibt es hierfür definierte Angaben (2700-3300 Kelvin = warmweiß, 3300-5300 Kelvin = neutralweiß, über 5300 tageslichtweiß oder kaltweiß), aber häufig nehmen es die Lampenanbieter nicht so genau und auch das eigene Empfinden spielt eine große Roll.

3. Welche LED Lampen sind gut?

Billig-Import mit gefährlichem Ausgang
Billig-Import mit gefährlichem Ausgang

Soll ich mir einen Opel kaufen oder einen Ford?

Pauschal lassen sich solche Fragen natürlich nicht beantworten. Ein Dacia kann 20 Jahre pannenfrei unterwegs sein, während bei einem Mercedes bereits im Autohaus der Fensterheber versagt. Sogenannte "Montagsartikel" gibt es sicher überall, wobei sie unter Markenprodukten vermutlich seltener zu finden sind. Ebenso kann man aber auch mit Import-Schnäppchen auf Ebay Glück haben oder können, wie im Bild rechts, mit einem lauten Knall die Einzelteile aus der Lampe fliegen. Eine Explosionsgefahr ist hierbei nicht auszuschließen.

Anm. d. Red: Trotz CE-Zeichen tatsächlich so passiert und das Foto zeigt die persönliche Erfahrung des Redakteurs.

Wer bereit ist, viele Zeit zu investieren, um besondere Schnäppchen zu ergattern, kann sich durch die Billig-Angebote testen und fehlerhafte, unbrauchbare oder schnell defekte Modelle reklamieren. Die meisten Anbieter sind kulant und tauschen sehr großzügig um oder erstatten den Kaufpreis.

Wer sich aber lieber auf Qualität verlässt, kann Amazon-Bewertungen heranziehen oder seine LED-Lampen im Fachhandel kaufen. Hier ist das Risiko deutlich geringer, dass das Licht nach ein paar Tagen bereits wieder aus ist. Im Zweifelsfall hat man einen Ansprechpartner, der dieselbe Sprache spricht und man hat die in Deutschland geltende Gewährleistungspflicht. Bei vielen Import-Käufen auf Ebay gibt es diese leider nicht.

4. Ab wann lohnen sich LED-Lampen?

Kurz gesagt: LED-Lampen lohnen sich immer! Häufig beginnt die Rechnung damit: Wie häufig benutze ich das Licht? Wie lange nutze ich das Licht? Was spare ich an Stromkosten und wann amortisiert sich die Investition?

Eine LED-Kühlschrankbeleuchtung verursacht kaum Wärme.
Eine LED-Kühlschrankbeleuchtung verursacht kaum Wärme.

Der Ansatz ist bei Geräten, die einem hohen Verschleiß unterliegen oder sehr teuer sind, sicher nicht verkehrt. LEDs sind herkömmlichen Leuchtmitteln in Bezug auf die Lebensdauer aber dermaßen weit überlegen, dass sie sich auf jeden Fall rechnen. Bei häufig genutzter und großflächiger Beleuchtung natürlich eher, als in wenig genutzten Abstellkammer, aber irgendwann beginnt auch hier das Sparen.

Der Gedanke "Ach das Licht nutze ich so selten, da rechnet sich die Umrüstung auf LED nicht." ist demnach falsch.

LED-Lampen besitzen ihren Vorteil aber nicht nur allein in den Stromkosten. Auch die Wärmeentwicklung kann von großer Bedeutung sein. Beispielhaft sei hier die Kühlschrankbeleuchtung genannt. Herkömmliche Glühlampen werden zwar absichtlich klein dimensioniert, aber sie geben noch immer mehr Wärme als Licht ab. LEDs bleiben dagegen kühl und können den Kühlschrank besser ausleuchten, ohne ihn zusätzlich mit ihrer Wärme zu belasten. Auch das spart Energie. 

5. Werden LED-Lampen heiß?

Im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen oder Halogenlampen könnte man diese Frage ganz klar mit nein beantworten. Während Glühlampen lediglich 5 % der eingesetzten Energie nutzen, um Licht zu erzeugen und die restlichen 95 % in Wärme umwandeln, sind LED-Lampen deutlich effektiver. Hier werden rund 40 % für die Lichterzeugung genutzt und 60 % entweichen durch Wärmeentwicklung.

Aufgrund der hohen Lichtausbeute kommen LEDs somit mit einer deutlich geringeren Leistung aus, was wiederum die Wärmeabgabe reduziert. Im direkten Vergleich gibt eine herkömmliche Glühlampe bei gleicher Lichtleistung etwa 15 mal so viel Wärme frei, wie eine vergleichbare LED-Lampe.

LeuchtkraftLeistungsaufnahmeLichtleistungWärmeabgabe
Glühlampe930 lm75 Watt3,75 Watt71,25 Watt
LED1050 lm8 Watt3,2 Watt4,8 Watt

Wo Licht ist, ist natürlich auch Schatten und so kann es auch vorkommen, dass LEDs verhältnismäßig heiß werden. Eine Glühlampe gibt zwar 15 mal so viel Wärme ab, ist aber auch viel größer und kann aufgrund ihrer Strahlung die entstehende Temperatur abgeben.

LEDs sind hingegen sehr klein und benötigen bei größerer Leistung einen extra Kühlkörper. Hinzu kommt, dass eine LED nie direkt an die Spannungsquelle angeschlossen wird. Eine LED benötigt Elektronik, die die Spannung senkt und stabilisiert, Auch diese Bauteile geben Wärme ab, die abgeführt werden muss. In einem kleinen Gehäuse, wie LED-Spots kann es daher schon heiß hergehen, was der Lebensdauer einer LED-Lampe nicht gerade dienlich ist.

6. Warum benötigt man einen LED Trafo?

Wer gerne mit LEDs bastelt und dekoriert, sollte bei der Spannungsversorgung genau aufpassen. Netzteil ist nicht gleich Netzteil und man kann sich bei der Vorwiderstandsberechnung (Berechnung des Vorwiderstandes) noch so viel viel Mühe geben, mit der falschen Spannungsversorgung brennen die LEDs durch.

LED-Netzteile liefern stets eine konstante Spannung.
LED-Netzteile liefern stets eine konstante Spannung.

Die Erklärung ist recht einfach:

Ein einfaches Netzteil mit den Kenndaten 12 Volt und 3 Watt garantiert eine Spannung von 12 V bei einer Leistungsabgabe von 3 Watt. Ohne Leistungsabnahme liefert ein solches Netzteil jedoch 14 Volt oder mehr. Lampen oder kleinere Motoren stören sich nicht daran, da sie einerseits mit etwas mehr Spannung kein Problem haben und andererseits die Spannung durch die höhere Leistungsannahme schnell auf die angegebenen 12 V "zusammenbricht".

Anders die LED – sie benötigt sehr wenig Leistung, das Netzteil liefert weiterhin die höhere Spannung und die LED-Beleuchtung muss statt 12 Volt 14 Volt oder mehr verarbeiten. Hierdurch entsteht eine höhere Belastung der LED, sie wird Wärmer, altert schneller oder wird sofort zerstört. Daher benötigen LED-Lampen besondere Netzteile – stabilisierte Netzteile. Solche stabilisierten Netzteile werden elektronisch geregelt und liefern ohne Belastung dieselbe angegebene Spannung, wie unter Belastung. 

7. Wie lange halten LEDs?

Die reine Lebensdauer der Leuchtdiode ist unbestritten und liegt mit 20 bis 50000 Betriebsstunden weit über allen anderen Leuchtmitteln. Und selbst, wenn die theoretische Lebensdauer erreicht ist, muss die LED nicht ausfallen. Vielmehr sinkt stattdessen ihre Leuchtkraft und kann immer noch in einer LED Unterbauleuchte ihren Platz finden, bei der es auf die dekorative Anwendung ankommt.

Mit geringer Größe können LEDs individuell genutzt werden.
Mit geringer Größe können LEDs individuell genutzt werden.

Das Problem bei der LED Technik ist aber weniger die LED selbst. In den meisten Fällen ist es die Vorschaltelektronik, die versagt und damit der LED Lampe das Licht aushaucht.

Gleiches gilt für für die Schaltfestigkeit. Während sich die LED selbst nicht wirklich von vielen Schaltzyklen beeindrucken lässt, ist es wieder die Vorschaltelektronik, auf die es ankommt. Hier schwankt die Schaltfestigkeit sehr stark mit der Qualität und kann durchaus auf 5000 Schaltzyklen sinken. Wird eine solche LED Lampe mit einem kurz schaltenden Bewegungsmelder verbunden, der täglich 20 Schaltvorgänge verursacht, kann das Lebensende der Lampe bereits in weniger als einem Jahr erreicht sein. Geht man von täglich 5 Schaltvorgängen und einer guten Vorschaltelektronik, greift eher die durchschnittliche Lebensdauer und es lassen sich durchaus 20 Jahre erreichen.

Aber egal, ob viele Schaltzyklen, oder ob die LED 24 Stunden am Tage in Betrieb ist, eine Glühlampe erreicht mit 1000 Schaltzyklen oder eine Lebensdauer von etwa 1000 Stunden nicht mal annähernd diese Werte.

8. Wo lassen sich LED Beleuchtungen einsetzen?

LEDs besitzen viele Vorteile und sind nicht nur zur Reduzierung der Stromkosten geeignet. Besondere Einsatzgebiete ergeben sich aus der geringen Wärmeabgabe, ihrer Größe und dem geringen Leistungsbedarf. 

Mit der geringen Spannung von 12 V darf jeder basteln.
Mit der geringen Spannung von 12 V darf jeder basteln.
  • Geringe Wärmeabgabe: Sofern keine Hochleistungs-LEDs benötigt werden, ist die Wärmeabgabe von LED Lampen zu vernachlässigen. Daher eignen sie sich dort, wo keine hohe Wärme entstehen darf. Sei es der Kühlschrank, feuergefährliche Räume oder auch die dekorative Deckenleuchte aus Papier.
  • Geringe Baugröße: Glühlampen geben ihr Licht in alle Richtungen ab und können Räume daher gut ausleuchten. Sie benötigen aufgrund des Glaskolbens und der abgegebenen Wärme jedoch viel Platz und lassen sich nur bedingt zur Dekoration nutzen. Hier können Leuchtdioden auftrumpfen. Sie sind klein, werden nicht heiß und können so an jede Stelle platziert werden. Dazu sind sie in verschiedenen Farben erhältlich, sodass sich einfach farbliche und sehr dekorativ einsetzen lassen.
  • Geringe Leistungsaufnahme: Leuchtdioden sind sparsam und benötigen nur sehr wenig Leistung, wodurch sie sich sehr gut mobil einsetzen lassen. Bereits kleinste Batterien reichen aus, um eine kleine Taschenlampe mit ausreichend Energie zu versorgen. Aber auch bei einer festen Installation werden aufgrund der geringen Lesitungsaufnahme viel dünneren Leitungen benötigt, die sich leicht verstecken lassen.
  • Geringe Spannung: Eine einzelne LED benötigt zwischen 1,5 und 3,4 V, wird zur Sicherheit aber mit einem Vorwiderstand betrieben. Ausgeprägt hat sich eine Spannungsversorgung von 12 V bei einer Reihenschaltung von 3 oder mehr LEDs mit einem entsprechenden Vorwiderstand. 12 V gehört zur sogenannten Kleinspannung und ist für Mensch und Tier ungefährlich. Das bedeutet, dass sich hier auch ein Laie versuchen und eigene Projekte umsetzen darf. Wer gerne dekorativ bastelt, findet in der LED ein Leuchtmittel, welches sich sehr flexibel einsetzen lässt. Vorsicht ist jedoch bei der Spannungsquelle geboten. Hier nicht zu groß dimensionieren – auch eine Autobatterie gehört zur Kleinspannung, liefert aber so viel Leistung, dass ein Kurzschluss leicht ein Brand ausgelöst werden kann.

9. Was spare ich mit einer LED Beleuchtung?

Inwieweit die Stromkosten durch eine Umrüstung auf LED Lampen gesenkt werden können, ist von vielen Faktoren abhängig und lässt sich nicht direkt beziffern.

Laut Online-Angaben benötigt ein Durchschnittshaushalt mit vier Personen rund 5000 kWh pro Jahr, wovon etwa 9 % (450 kWh) auf die Beleuchtung anzurechnen sind (Quelle: heizsparer.de). Gehen wir nun vom oben genannten Beispiel einer 75 Watt Glühlampe gegenüber einer 8 Watt Led aus, ließen sich rund 90 % der 450 kWh einsparen. Bei 30 Ct/kWh wären das etwa 120 € im Jahr.

Man muss allerdings berücksichtigen, dass die Angaben zur Lichtleistung einer LED Lampe gerne ein wenig übers Ziel hinaus schießen und eine solche Rechnung daher hinkt. Der Blogger Wolfgang Messer kam in einem Selbstversuch aber zumindest auf eine Gesamtstromeinsparung von etwa 6 %, was effektiv etwa 50 € im Jahr betrug. Inzwischen sind die Strompreise aber regelmäßig gestiegen, was natürlich auch die Einsparung vergrößert.

10. Wo können keine LED Lampen eingesetzt werden?

Leuchtdioden werden auf Dauer die Glühlampen vertreiben, doch es gibt auch Einsatzorte an denen LED Lampen an ihre Grenzen stoßen und nicht verwendet werden können oder dürfen.

Nur 3-Draht-Bewegungsmelder sind für LED-Lampen geeignet.
Nur 3-Draht-Bewegungsmelder sind für LED-Lampen geeignet.
  • LEDs mögen es kühl. Eine warme Umgebung kann nicht nur die Lebensdauer verkürzen, sondern aufgrund des Kunststoff-Gehäuses sogar zur sofortigen Zerstörung führen. Als Beleuchtung im Herd sind sie daher ungeeignet.
  • Viele Bewegungsmelder der Zwei-Draht-Technik benötigen eine Schaltlast von etwa 40 Watt (Glühlampe). Werden hier LED-Spots eingesetzt, kommt es häufig vor , dass sie trotz Inaktivität dauerhaft leicht leuchten. Hintergrund ist der Bewegungsmelder, der seinen eigenen Stromverbrauch durch die Leitung der Lampe bezieht und so einen Stromfluss erzeugt, der die LED Lampe zum Leuchten bringt.
  • Mit dem richtigen 3-Draht-Bewegungsmelder  lassen sich aber durchaus auch LED Lampen schalten. Nur ist es je nach Leistungsaufnahme des Bewegungsmelders nicht immer sinnvoll. Auch der Bewegungsmelder verbraucht Strom und das 24 Stunden am Tag. Handelt es sich nur um eine kleine Treppenbeleuchtung, kann es sogar effektiver sein, die Beleuchtung am Abend manuell ein und am morgen wieder auszuschalten.

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