Infowelt Energie
Die Funktionsweise einer LED
Energieeffizient, flexibel einsetzbar und robust: Leuchtdioden verdrängen nicht nur die Glühbirnen, sie verändern auch die Zukunft der Beleuchtung.
Das bedeutet LED
LED steht für den englischen Begriff Light-Emitting Diode – auf deutsch: Licht ausstrahlende Diode. Eine Diode ist ein elektronisches Bauelement, das Strom nur in eine Richtung passieren lässt. Die meisten Dioden bestehen als Halbleitermaterialien, bei Leuchtdioden ist es meist Silizium.
Die Funktionsweise einer Leuchtdiode ist uns bereits aus der Tierwelt bekannt. Denn zum Beispiel ist das energiegeladene Glühwürmchen eine fliegende LED. Der Unterschied besteht nur darin, wie die Atome im Inneren angeregt und somit zum Leuchten gebracht werden. Den Leuchtkäfern gelingt dies durch eine chemische Reaktion. Bei der LED passiert das mithilfe elektrischen Stroms – kurz: Elektrolumineszenz.
Einfach erklärt: Die Funktionsweise einer LED
Eine Leuchtdiode besteht aus einer Anode (Pluspol) und einer Kathode (Minuspol). Für den Stromfluss zwischen beiden Polen sorgt ein Draht, der sogenannte Bonddraht. Hierüber fließt die notwendige Energie für die Elektrolumineszenz. Auf der Kathode sitzt der Halbleiterkristall (auch LED-Chip genannt). Er ist umgeben von einer Reflektorwanne, die das Licht des LED-Chips nach oben lenkt. Der gesamte Aufbau ist in schützenden Kunststofflinse eingebettet. Sie verteilt das Licht im Raum und erhöht dadurch sowohl den Wirkungsgrad als auch die Lichtausbeute.
Beim Chip handelt es sich um einen Halbleiterkristall aus zwei verschiedenen Materialien, die unterschiedlich dotiert sind. Dotierung bedeutet, dass ein Überschuss an positiven oder negativen Ladungsträgern existiert. Fließt nun Strom, reagieren die Elektronen, und es wird Energie in Form von Lichtblitzen (Photonen) freigesetzt. Die LED leuchtet.
So kann eine LED-Diode Farben wechseln
Die Lichtfarbe hängt von den Dotierungen der Halbleiterschichten ab. Je nach Energielevel werden Photonen mit unterschiedlicher Wellenlänge, also Lichtfarbe freigesetzt. Ein hohes Energielevel lässt beispielsweise kurzwelliges, blaues Licht entstehen und eine niedrige Energiemenge langwelliges rotes Licht. Durch die Überlagerung der drei Primärfarben Rot, Blau und Grün entsteht weißes Licht. Die Farben Rot und Grün ergeben Gelb. Aus Rot und Blau wird Magenta, Grün und Blau ergeben Cyan.
In einer Multicolor-Leuchtdiode befinden sich also drei Halbleiterkristalle, die jeweils eine der drei Primärfarben erzeugen und in unterschiedlicher Zusammensetzung die Farbpalette erweitern.
Für unsere Beleuchtung benötigen wir meistens weißes Licht.
Je nach Ansteuerung der Helligkeit von Rot, Grün und Blau ergibt sich Weiß in unterschiedlichen Nuancen zwischen sehr hellem kaltweißen Licht (auf der Verpackung an der Angabe „5000 Kelvin“ und mehr zu erkennen) oder gedimmtem warmen Wohlfühllicht (rund 3000 Kelvin). Da diese Variante der Mischung teuer ist, gibt es hier inzwischen eine neue Herstellungsmöglichkeit: Blaue LED-Chips werden mit einer gelblichen Phosphorschicht überzogen.
So funktioniert eine LED-Lampe
Entscheidend für die Lichtwirkung der Leuchtdioden ist die Optik der LED-Lampe. Streulinsen und Diffusionsscheiben brechen die Lichtwellen, wodurch sie sich im Raum verteilen. Dabei kann oftmals auch der Abstrahlwinkel genau eingestellt werden.
LEDs sind viel langlebiger als Glühbirnen
Das Öko-Institut e.V. beziffert die Lebensdauer einer LED mit 20-30.000 Stunden, teilweise auch länger. Einige Hersteller geben bis zu 100.000 Betriebsstunden an. Aber selbst, wenn man von 25.000 Betriebsstunden ausgeht, hält eine LED bei einer durchschnittlichen Leuchtdauer von 2,7 Stunden am Tag schon mehr als 25 Jahre. Zum Vergleich: Eine herkömmliche Glühbirne kommt laut Öko-Institut gerade mal auf 1.000 Betriebsstunden.
So viel Strom lässt sich mit LEDs sparen
Der Umstieg auf Leuchtdioden spart laut Statista bis zu 65 Prozent der Kosten im Betrieb. Dennoch liegen viele LED-Lampen beim Energieeffizienz-Label im unteren Bereich. Das liegt daran, dass moderne Leuchtmittel so effizient sind, dass schon kleine Unterschiede im Verbrauch zu einer anderen Effizienzklasse führen können.
Wer die Effizienz einer LED-Lampe beurteilen will, teilt einfach den Helligkeitswert Lumen durch die Wattzahl. Je höher das Ergebnis ist, desto effizienter setzt das Leuchtmittel Strom in Licht um.
Stromsparen mit richtigem Licht
Die wichtigsten Informationen zum Stromsparen mit dem richtigen Licht sind in diesem Video zusammengefasst. Sie erfahren, wie viel Strom Lampen und Leuchten verbrauchen und wie groß der Anteil der Beleuchtung an Ihrer Stromrechnung ist. Natürlich bleiben Stromspartipps nicht außen vor: Hier sehen Sie, wie Sie mit modernen LED-Lampen Ihr Heim beleuchten und Strom sparen können.
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Acht Vorteile der LED auf einen Blick
1. Sehr geringer Stromverbrauch
LED wandeln Energie äußerst effizient in Licht um.
2. Hohe Lichtausbeute
LED-Leuchtmittel können viel Leuchtkraft entwickeln.
3. Lange Lebensdauer
Leuchtdioden halten deutlich länger als Glühbirnen.
4. Flexibel einsetzbar
Verschiedene Farben und Farbtemperaturen einstellbar.
5. Einfacher Austausch
Dank einer einheitlichen Fassung leicht auswechselbar.
6. Ungefährlich
Enthalten im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren kein Quecksilber.
7. Keine Einschaltverzögerung
Leuchtkraft entfaltet sich sofort nach dem Einschalten.
8. Geringe Strahlungswärme
LED-Lampen erwärmen sich nicht so stark wie Glühlampen.
Experten aufgepasst! Die Vielfalt der LEDs
LED ist nicht gleich LED. Für jede Anwendung gibt es die passende Lösung. Die gängigsten Formen sind die SMD LED und ihre Weiterentwicklung, die COB LED.
SMD LED: Diese sind gedacht für Industrie-, aber auch für die Wohnraumbeleuchtung. Der Halbleiter-Chip bildet mit einem Kühlkörper eine Einheit, die auf einer Leiterplatte befestigt werden kann. SMD LEDs bieten die Möglichkeit, sehr individuelle lichtstarke Leuchten herzustellen.
COB LED: Hier wird der Halbleiterkristall direkt auf die Leiterplatte geklebt und mit zwei Bonddrähten verbunden. Dadurch kann viel Licht auf engstem Raum erzielt werden. Typische Anwendungen von COB LEDs sind beispielsweise Lichtstrahler, runde Deckenleuchten oder dekorative Lampen.
LED-Lampen fachgerecht entsorgen
Die kleinen Leuchtdioden gehören nicht in den Hausmüll. Um sie fachgerecht zu entsorgen, können Sie sie in jeder Annahmestelle für Elektrogeräte abgeben.
Vattenfall Fazit
Leuchtdioden haben zahlreiche Vorteile. Dadurch verbreitet sich LED-Beleuchtung in allen Bereichen – von der Straßenbeleuchtung über Industriehallen bis hin zur gemütlichen Wohnung. Sie stellt die alten Leuchtmittel dank ihrer langen Lebensdauer, der Energieeinsparung und der starken Lichtleistung sprichwörtlich in den Schatten.
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