Leistung von LED-Lampen und ihre Anforderungen

Einführung

Die Verwendung von LEDs in der Beleuchtung nimmt rasch zu. Weltweit werden etwa 1/3 bis 1/2 aller gewerblichen, industriellen und Außenbeleuchtungsarmaturen mit LED-Modulen bestückt. 50% beträgt das Energieeinsparpotenzial von LEDs, was in Verbindung mit der langen Lebensdauer von LED-Armaturen die Betriebs- und Wartungskosten erheblich reduziert. Dies führt zu einer kürzeren Amortisationszeit für LEDs, und Beleuchtungsprojekte sind eher geneigt, diese umweltfreundliche Beleuchtungstechnologie zu wählen.

In den letzten Jahren hat sich der Markt viel schneller auf LED-Beleuchtung umgestellt als von der Forschung vorhergesagt. Es ist manchmal schwierig, mit der Entwicklung neuer Elektronik- und Beleuchtungsnormen Schritt zu halten, und mehrere Normen werden ständig aktualisiert. Für Entscheidungsträger und Nutzer ist es wichtig, die LED-Beleuchtungstechnologie, die Leistung und die Normen zu verstehen, um eine qualitativ hochwertige LED-Beleuchtung auszuwählen. Auf diese Weise können die Kunden nicht nur schneller die richtige Leuchte für ihre Bedürfnisse auswählen, sondern auch sicherstellen, dass die gewählte neue Beleuchtungslösung die einschlägigen Beleuchtungsnormen und -anforderungen erfüllt.

Normen für die Leistungsanforderungen an LED-Lampen und -Laternen

In der LED-Beleuchtungsindustrie ist es wichtig, die wichtigsten Parameter einer LED-Leuchte zu kennen und die Bedeutung der einzelnen Parameter zu verstehen. In der EU gilt die allgemeine Regel, dass elektrische Geräte (einschließlich Leuchten) nur dann in Verkehr gebracht und verkauft werden dürfen, wenn sie die grundlegenden Anforderungen der einschlägigen europäischen Richtlinien (die in nationales Recht umgesetzt wurden) erfüllen. Lichtquellen (Leuchten, Module) und Beleuchtungskörper unterliegen der Niederspannungsrichtlinie, der Richtlinie über die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), der Richtlinie über energieverbrauchsrelevante Produkte (ErP) und der Richtlinie über die allgemeine Produktsicherheit. Daher müssen diese Produkte (einschließlich Straßenbeleuchtung, Flutlicht, Stadionbeleuchtung und Innenbeleuchtung) EMV-, EMF-, Ökodesign- und andere Anforderungen erfüllen.

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat Leistungsnormen für LED-Leuchten und LED-Module entwickelt: Die Leistungsnormen für LED-Produkte definieren Qualitätskriterien und legen vereinbarte gemeinsame Messbedingungen fest. Damit haben alle, die in der LED-Branche tätig sind, eine Grundlage für den Vergleich und die Bewertung der Leistung von LED-Leuchten. Dieser Artikel basiert auf den folgenden Normen für LED-Leuchten und LED-Module.

IEC 62722-1:2014 Lampenleistung - Teil 1: Allgemeine Anforderungen.

IEC 62722-2-1:2014-11 Leistungsfähigkeit von Leuchten - Teil 2-1: Spezielle Anforderungen für LED-Leuchten.

IEC 62717:2014-12+AMD:2015 Leistungsanforderungen für LED-Module für die Allgemeinbeleuchtung.

IEC 62031:2020 LED-Module für die Allgemeinbeleuchtung. Die Leistungsanforderungen für LED-Leuchten stehen in direktem Zusammenhang mit den Bestimmungen der LED-Modulnorm; daher sollte diese Norm bei der Bewertung von LED-Beleuchtungssystemen ebenfalls berücksichtigt werden.

IEC 62778:2014 Bewertung der Gefährdung durch blaues Licht für alle Beleuchtungsprodukte.

IEC 13032-1:2004, IEC 13032-2 und IEC 13032-4:2015 Licht und Beleuchtung: Lichtverteilung und Lichtstrom.

Grundlegende Leistungsanforderungen

Nenneingangsleistung von LED-Leuchten (in Watt)

Wenn die Leuchte austauschbare LED-Module/Glühlampen verwendet, müssen die Nenneingangsleistung und die Anzahl der LED-Module angegeben werden. Bei Leuchten mit LED-Modulen muss die Nenneingangsleistung in den Leuchtenspezifikationen angegeben werden.

Unter den Bedingungen von Nennspannung, Nennumgebungstemperatur Ta und 100% Lichtstrom (Lichtleistung) nach thermischer Stabilisierung darf die gemessene Eingangsleistung (W) der LED-Leuchte 10% der angegebenen Nenneingangsleistung nicht überschreiten. Wenn die Nenneingangsleistung <10W ist, sollte sie auf eine Dezimalstelle genau sein. Wenn die Nenneingangsleistung ≥ 10 W ist, sollte sie als ganze Zahl angegeben werden.

Bei Leuchten mit konstantem Lichtstrom muss der Nennleistungsfaktor der LED-Beleuchtung zu Beginn und am Ende der Lebensdauer der Leuchte LxBy oder auf der Grundlage der durchschnittlichen Lebensdauer der Leuchte Lx angegeben werden.

Nennlichtstrom von LED-Leuchten (in Lumen)

Bei LED-Leuchten muss der Nennlichtstrom (Lumen) in der Produktdokumentation angegeben werden. Dieser bezieht sich in der Regel auf den Anfangslichtstrom einer neuen Leuchte unter bestimmten Betriebsbedingungen. Der Nennlichtstrom einer Leuchte kann durch eine geeignete Berechnungsmethode ermittelt werden. Der gemessene Anfangslichtstromwert einer Leuchte darf nicht weniger als 10% des veröffentlichten Nennlichtstroms betragen. Die angegebenen Gesamtlichtstromwerte für LED-Leuchten beziehen sich auf eine Umgebungstemperatur von 25°C, sofern nicht anders angegeben. Weitere Informationen über die Festlegung von Lichtstromwerten (so genannte absolute Bestimmung der Leuchtkraft) finden Sie in der Norm EN 13032-4.

Leistung und Lichtstrom

Lichtausbeute von LED-Leuchten (Einheit: lm/W)

Die Lichtausbeute von LED-Leuchten bezieht sich auf das Verhältnis des von der Leuchte abgegebenen Lichtstroms zur aufgenommenen Leistung (Einheit: Lumen/Watt), gemessen in Lumen pro Watt (lm/W) (Lumen-Berechnungsmethode). Er ist ein Maß für die Effizienz einer Lichtquelle bei der Erzeugung von sichtbarem Licht. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Lichtausbeute, desto mehr kann die Leuchte den Zielbereich mit einer geringeren Leistung beleuchten. Um die Leistung einer Leuchte zu bewerten, reicht es jedoch oft nicht aus, nur die Lichtausbeute zu betrachten, da der Lumen-Output einer Leuchte auch Streulicht enthält, das nicht zur Ausleuchtung des Zielbereichs beiträgt. So ist es beispielsweise bei engstrahlenden Flutern und Straßenleuchten wichtig, nicht nur die Lichtausbeute, sondern auch die Lichtstärkeverteilung zu berücksichtigen; Einzelheiten siehe unten.

Lichtstärkeverteilung von LED-Leuchten

Die Lichtstärkeverteilung wird mit einem Goniophotometer ermittelt und im Lichtplanungsdokument (IES- oder LDT-Dokument) festgehalten. Die räumliche Verteilung der Lichtstärke einer Lichtquelle oder Leuchte wird durch eine Lichtstärkeverteilungskurve dargestellt. Die folgende Abbildung zeigt die Lichtstärkeverteilung einer Innenraumleuchte auf der linken Seite und einer Straßenleuchte auf der rechten Seite. Der Querschnitt auf der vertikalen Achse wird durch die Lichtstärkeverteilungskurven (IDC) in der C-Ebene mit dem zugehörigen Abstrahlwinkel γ dargestellt. Diese Kurven müssen in Polarkoordinaten dargestellt werden, um der EN 13032-2 zu entsprechen. Die Lichtstärkewerte werden in Candela (cd) oder Candela pro tausend Lumen (cd/klm) angegeben.

Lichtverteilung oder Lichtstärkeverteilung

Lichtstromerhaltungsverhältnis

Der Lichtstromerhalt beschreibt die Abnahme des Lichtstroms im Laufe der Zeit aufgrund der Alterung der Leuchte während des normalen Betriebs (dies schließt die Auswirkungen externer Faktoren wie Schmutz, Optik und leichtes Glas aus). Er ist definiert als das Verhältnis des abgeklungenen Lichtstroms zum Anfangslichtstrom. Bei der Außenbeleuchtung wird der Wartungsgrad des Lichtstroms auf der Ebene der Leuchte gemessen. Der Wartungsfaktor des Lichtstroms wird auf der Grundlage der Nennlebensdauer der Leuchte bestimmt und vom Hersteller gemäß IEC 62722-2-1:2014 angegeben. Zum Beispiel entspricht die mittlere Lebensdauer Lx der Dauer des Projekts. Eine mittlere Lebensdauer L90 = 100.000 Stunden bedeutet, dass der verbleibende Lichtstrom nach 100.000 Stunden 90% des ursprünglichen Lichtstroms beträgt, was zu einem Lichtstrom-Wartungsverhältnis = 0,90 führt.

Farbkoordinaten

Die Chromatizitätskoordinate ist ein objektives Maß für die Qualität einer Farbe, unabhängig von der Leuchtdichte. Der Farbort besteht aus zwei separaten Parametern, die oft als Farbton (h) und Chroma (s) bezeichnet werden, wobei letzterer auch als Sättigung, Chroma, Intensität oder Anregungsreinheit bekannt ist. Die Größen dieser Parameter entsprechen dem trichromatischen Sehen der meisten Menschen, das von den meisten farbwissenschaftlichen Modellen angenommen wird.

Eine Farbtafel ist ein Diagramm, das alle möglichen Farben zeigt. Jede Farbe ist durch ein Paar numerischer Koordinaten definiert: die Farbkoordinaten. Mit einer Farbtafel können wir sehen, wie sich verschiedene Lichtfarben mischen. Die Punkte an den Rändern der Kurven im Diagramm sind reine Spektralfarben: die Farben des Regenbogens. Die Linie zwischen zwei beliebigen Punkten im Diagramm zeigt alle Farben, die durch Mischen dieser beiden Farben erzeugt werden können. So kann jede Farbe im Diagramm durch Mischen auf verschiedene Weise erhalten werden. Nur die Farben an den Rändern des Diagramms sind eindeutige Farben. Wenn wir diese Idee auf das Mischen von drei Farben ausdehnen, erhalten wir ein Dreieck. Dieses Dreieck wird als Farbskala bezeichnet. Die Farbskala zeigt alle Farben, die man durch Mischen der Farben an den drei Ecken erhalten kann. Die Kanten der Farbskala sind die Farben, die durch Mischen der beiden Endpunktfarben erhalten werden können.

Elipsen von MacAdam

Eigenschaft der Farbwiedergabe

Die Farbwiedergabe wird durch den Farbwiedergabeindex (Ra) ausgedrückt. Obwohl Lichtquellen die gleiche Lichtfarbe ausstrahlen können, kann es aufgrund von Unterschieden in der spektralen Zusammensetzung des Lichtstrahls Unterschiede in der Farbwiedergabe der Lichtquelle geben. Daher wurde der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra eingeführt, der eine Skala zur objektiven Bestimmung der Farbwiedergabeeigenschaften einer Lichtquelle bietet. Er gibt den Grad der Übereinstimmung zwischen der wahrgenommenen Farbe eines Objekts unter einer bestimmten Lichtquelle und seinem Aussehen unter einer Referenzlichtquelle an. Nach EN 12464-1 sollten Lichtquellen mit einem Farbwiedergabeindex unter 80 nicht an Arbeitsplätzen verwendet werden, an denen sich Menschen längere Zeit aufhalten. Ein Farbwiedergabeindex Ra von über 90 wird im Allgemeinen als sehr gut angesehen, während ein Ra-Wert zwischen 80 und 90 als gut bezeichnet wird.

Farbleistung

Farbtoleranz

Die Farbtoleranz kann anhand der x- und y-Koordinaten in der CIE-Farbkarte genau definiert werden. 1942 führte der Wissenschaftler McAdam (McAdam) Experimente mit 25 Farben unter Verwendung korrelierter Farbtemperaturen durch, maß etwa 5 bis 9 gegenüberliegende Punkte jedes Farbpunkts und zeichnete die beiden Punkte auf, die bei einem Farbunterschied voneinander unterschieden werden konnten. Das Ergebnis war eine Reihe von Theorien unterschiedlicher Größe und Länge, die als McAdam-Ellipsen bekannt sind: die McAdam-Ellipsen-Theorie. Eine McAdam-Ellipse ist ein Bereich der CIE-Farbkarte, der eine Farbe enthält, die das menschliche Auge nicht von der Farbe im Zentrum der Ellipse unterscheiden kann. Der Umriss der Ellipse stellt die unterscheidbare Farbe dar. McAdam-Ellipsen werden in der Regel vergrößert, z. B. auf das Drei-, Fünf- oder Siebenfache ihres ursprünglichen Durchmessers. Diese drei-, fünf- oder siebenstufigen McAdam-Ellipsen werden verwendet, um zwischen zwei Lichtquellen zu unterscheiden, wobei “Stufe” den Bereich der Farbunterschiede darstellt. Eine Lichtquelle mit einer dreistufigen McAdam-Ellipse weist geringere Abweichungen auf als eine Lichtquelle mit einer fünfstufigen McAdam-Ellipse. Es sollte besonders darauf geachtet werden, dass der Farbunterschied gering ist, insbesondere bei Beleuchtungsanwendungen, bei denen die Lichtquellen nicht weit voneinander entfernt sind und gleichzeitig gesehen werden können.

Angegebene Umgebungstemperatur der Leuchte

Die Leistung einer Leuchte kann durch die Umgebungstemperatur beeinflusst werden. Die Nenn-Umgebungstemperatur Ta ist die maximale Temperatur, bei der die Leuchte unter normalen Betriebsbedingungen dauerhaft betrieben werden kann (sie kann während des Betriebs kurzzeitig 10 K überschreiten). Bei Ta = 25°C ist keine besondere Deklaration der Leuchte erforderlich; andere Nennwerte der Umgebungstemperatur müssen deklariert werden. Um nachzuweisen, dass die Leuchte über einen längeren Zeitraum bei erhöhten Temperaturen normal betrieben werden kann, führt die Norm 62722-2-1 den Parameter Tq ein. Die Tq-Temperatur (Qualität) gibt die maximale nominale Umgebungstemperatur an, die bei einem bestimmten Leistungsniveau (einschließlich Lebenserwartung und Beleuchtungseigenschaften) zulässig ist. Eine ZGSM-Leuchte kann beispielsweise über einen längeren Zeitraum bei 50 °C betrieben werden, daher ist ihre Nenntemperatur Tq = 50 °C.

Normen für die Lebensdauer von LED-Lampen und -Laternen

Die Lebensdauer einer LED-Leuchte ist nicht nur durch einen plötzlichen Ausfallpunkt definiert. Tatsächlich fallen die meisten Leuchten nicht innerhalb einer bestimmten Betriebszeit vollständig aus, sondern ihre Helligkeit nimmt mit der Zeit ab (d. h. die Lichtleistung nimmt ab), was als allmählicher Abfall der Lichtleistung bezeichnet wird. Die Lebensdauer einer LED-Leuchte wird also im Wesentlichen durch einen Lichtstromrückgang unter einen vordefinierten Mindestwert von “x[%]” und durch einen plötzlichen Ausfall begrenzt. Der Ausfall des LED-Steuergeräts wird hier nicht berücksichtigt. Neben dem Zerfall der LEDs kann die Abnahme oder der Zerfall des Lichtstroms auch durch den Ausfall einzelner LEDs oder LED-Module verursacht werden. Die Lebensdauer-Kriterien für Leuchten sind in den Normen IEC 62717 und IEC 62722 ausführlich beschrieben.

zusammenfassen

Wir hoffen, dass Sie durch diesen Artikel ein gewisses Verständnis für die Leistungsanforderungen von LED-Leuchten erlangen. Zu diesen Leistungsanforderungen gehören Leistung, Lichtstrom, Lichtausbeute, Lichtverteilung, Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex, Farbtoleranz, Lebensdauer (Lichtstromerhaltungsrate) und andere (Lichtwartungsfaktor und plötzlicher Ausfall). Diese Parameter sind die wichtigsten Punkte, auf die man sich bei einem Beleuchtungsprojekt konzentrieren sollte, und sie entscheiden darüber, ob das Projekt den Anforderungen entspricht, einschließlich Energieeffizienz, Beleuchtungsstärke und routinemäßiger Wartung. Dieser Artikel ist nur eine kurze Einführung, für ein tieferes Verständnis lesen Sie bitte die entsprechenden Online-Inhalte.

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