Wie beeinflusst Umgebungstemperatur die Lichtausbeute von LED-Leuchten?

Umgebungswärme hat eine direkte und messbare Auswirkung auf die Lichtleistung von LED-Beleuchtungseinrichtungen. Je höher die Umgebungstemperatur um eine Leuchte herum ist, desto weniger Licht produziert das Gerät und desto schneller veraltet der LED-Chip. Dieser Effekt spielt eine wichtige Rolle in industriellen Umgebungen, in denen Wärme eine konstante Größe ist, wie etwa in Stahlwerken, Gießereien, Papierverarbeitungsanlagen oder anderen Bereichen mit intensiven Wärmequellen. In diesem Artikel beantworten wir die häufigsten Fragen zu dem Zusammenhang zwischen Temperatur und LED-Leistung.

Was passiert mit LED-Chips bei hohen Temperaturen?

Bei hohen Umgebungstemperaturen nimmt die Effizienz einer LED-Chip ab. Die LED produziert weniger Licht pro Watt, die Farbtemperatur kann sich ändern und die Lebensdauer der Komponente verkürzt sich erheblich. Dies ist kein Defekt, sondern ein physikalischer Vorgang: Halbleiter funktionieren schlechter, je wärmer sie werden.

Was genau passiert, ist folgendermaßen: Wärme erhöht die Widerstandsfähigkeit des Halbleiters, wodurch ein größerer Teil der elektrischen Energie in Wärme statt in Licht umgewandelt wird. Dies wird thermische Übersättigung genannt. Die Chip wird sozusagen überlastet, nicht durch Strom, sondern durch Temperatur.

Ein weiterer Effekt ist die beschleunigte Alterung der Phosphatschicht, die in vielen LED-Chips verwendet wird, um Weißlicht zu erzeugen. Bei anhaltend hohen Temperaturen verrottet diese Schicht schneller, was zu Farbverschiebung und einer sichtbaren Abnahme der Lichtintensität führt. In industriellen Umgebungen, in denen Lampen ständig in Bewegung sind, ist dies ein ernst zu nehmender Aspekt.

Wie viel Lichtleistung verliert eine LED-Leuchte durch Wärme?

Die Lichtausbeute einer LED-Leuchte kann bei hohen Umgebungstemperaturen erheblich abnehmen. Je nach Qualität der Chip und dem thermischen Design des Leuchtmittels kann der Verlust bei extremen Temperaturen von einigen Prozent bis zu mehr als 30 Prozent betragen. Dieses Phänomen ist als „Leuchtdampf“ bekannt. LED-Lumenverlust.

Hersteller geben die Lichtleistung von Leuchten in der Regel bei einer Umgebungstemperatur von 25°C an. Sobald die tatsächliche Temperatur höher liegt, sinkt die tatsächliche Lichtleistung. Bei einer Temperatur von 50°C ist bereits ein merkbarer Unterschied messbar. Bei 80°C oder höher kann der Verlust so groß sein, dass die Anlage nicht mehr den Lichtanforderungen für den Arbeitsplatz entspricht.

Genau deshalb ist es bei der Auswahl von LED-Leuchten für warme Industrieumgebungen unerlässlich, nicht nur auf die angegebene Leistung zu achten, sondern auch darauf zu achten, wie das Leuchten bei der tatsächlichen Umgebungstemperatur am Installationsort funktioniert.

Was ist der Unterschied zwischen Umgebungstemperatur und Junction-Temperatur?

Die Umgebungstemperatur ist die Lufttemperatur um das Leuchtenobjekt herum. Die Junction-Temperatur ist die Temperatur an der exakten Stelle, an der die LED-Chip-Leistung in Licht umwandelt – dem Herzstück der LED-Chip-Technologie. Diese Unterscheidung ist entscheidend: Die Junction-Temperatur liegt immer höher als die Umgebungstemperatur, und genau diese Junction-Temperatur bestimmt, wie gut und wie lange eine LED funktioniert.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Temperaturen wird durch die thermische Widerstandsfähigkeit des Leuchtmittels bestimmt. Je besser die Wärme von der Chipseite auf die Außenfläche des Leuchtmittels geleitet wird, desto kleiner ist dieser Unterschied. Ein Leuchtmittel mit einem schlechten thermischen Design kann bei einer Umgebungstemperatur von 40°C bereits eine Juncitonstemperatur von 100°C oder mehr erreichen, was zu allen möglichen Problemen führt.

Für Ingenieure und Projektleiter ist es daher wichtig, bei der Spezifikation eines Leuchtmittels auf die maximale Schnittpunktstemperatur (Tj max) und die thermische Widerstandsfähigkeit (Rth) zu achten. Diese Werte liefern ein zuverlässigeres Bild der tatsächlichen Leistung als die Umgebungstemperatur allein.

Wie sorgt thermisches Management für stabile Lichtleistungen?

Thermischer Management ist das gesamte Spektrum an Maßnahmen, mit denen ein Leuchtenarmaturen eine Wärme von der LED-Chip an die Umgebung abführt. Ein guter thermischer Management sorgt für eine niedrige Junction-Temperatur, was direkt zu einer stabilen Lichtleistung, einer längeren Lebensdauer und weniger Wartungsaufwand beiträgt. Es ist eine der wichtigsten Faktoren für die Qualität von Industrie-LED-Armaturen.

In der Praxis besteht thermales Management aus einer Kombination von Elementen:

Kühlerkörper (Kühler): Aluminium oder andere gut leitende Materialien leiten die Wärme schnell von der Schicht ab und verteilen sie auf eine größere Fläche.
Thermischer leitfähige Verbindungen: Spezielle Pasta oder Pads zwischen dem Chip und dem Kühlkörper sorgen für eine optimale Wärmeübertragung ohne Luftspalten.
Innenausstattung: Die Form und das Material der Armaturengehäuse bestimmen unter anderem, wie effektiv Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird.
Aktive Kühlung: In extremeren Fällen werden Ventilatoren oder Flüssigkeitskühlung eingesetzt, obwohl dies in industriellen Leuchten wegen der Wartungsanforderungen weniger üblich ist.
Stromsteuerung: Durch die Einschränkung des Stromflusses durch den LED-Chip bei hohen Temperaturen (Thermal Rollback) wird eine Überhitzung automatisch verhindert.

Ein Leuchten, das in dieser Hinsicht gut gestaltet ist, weist über einen breiten Temperaturbereich hinweg eine stabile Leistung auf. In industriellen Umgebungen ist das keine Luxusausstattung, sondern eine grundlegende Voraussetzung.

Wann ist ein Standard-LED-Leuchten nicht für warme Umgebungen geeignet?

Ein Standard-LED-Leuchte ist für warme Umgebungen ungeeignet, sobald die tatsächliche Umgebungstemperatur strukturell über die maximale zulässige Umgebungstemperatur (Ta max) des Leuchtmittels liegt. Für viele Konsumleuchten und sogar einen Teil der kommerziellen Produkte liegt diese Grenze bei etwa 35 bis 45°C. In industriellen Umgebungen wird diese Grenze regelmäßig überschritten.

Situationen, in denen Standardleuchten nicht ausreichen, sind unter anderem:

Produktionsräume mit Öfen, Schmelzöfen oder anderen Wärmequellen
Stahlwerke mit Strahlungswärme aus flüssigem Metall
Trockenräume, Lackieranlagen oder andere beheizte Prozessräume
Dächer und Außenanlagen in Kombination mit direkter Sonneneinstrahlung auf das Leuchten
Umgebungen mit eingeschränkter Luftzirkulation, wodurch Wärme ansammelt

In solchen Situationen führt die Verwendung einer Standard-Leuchte nicht nur zu einer schnelleren Lumenabnahme, sondern auch zu einem vorzeitigen Ausfall des Dimmers oder der LED-Chip selbst. Die Kosten für unvorhergesehene Ausfälle und Ersatz sind in industriellen Kontexten in der Regel erheblich höher als die anfängliche Investition in eine geeignete Leuchte.

Wie wählen Sie eine LED-Leuchte aus, die gegen extreme Hitze resistent ist?

Bei der Auswahl einer LED-Leuchte für hohe Temperaturen geht es nicht nur um eine hohe IP-Schutzklasse oder eine robuste Gehäusekonstruktion. Die thermischen Spezifikationen der Leuchte müssen den tatsächlichen Bedingungen am Installationsort entsprechen. Eine strukturierte Vorgehensweise hilft dabei, die richtige Wahl zu treffen.

Erfassen Sie die tatsächliche Umgebungstemperatur. Messung erfolgt nicht nur der Lufttemperatur, sondern auch der Strahlungstemperatur von nahegelegenen Wärmequellen und der Temperatur am tatsächlichen Installationsort des Leuchtmittels.
Überprüfen Sie die Ta-Max des Leuchtmittels. Stellen Sie sicher, dass die maximale zulässige Umgebungstemperatur des Leuchtmittels weit über der gemessenen Höchsttemperatur liegt. Eine Toleranz von mindestens 10 bis 20 °C ist sinnvoll.
Fragen Sie nach der Lumenleistung bei erhöhter Temperatur. Seriöse Hersteller stellen Lichtleistungswerte bei verschiedenen Temperaturen bereit, damit Sie wissen, was Sie tatsächlich an der Arbeitsstelle erhalten.
Achten Sie auf die Qualität des Kühlkörpers. Armaturen mit einem massiven Aluminiumgehäuse und einer durchdachten Kühlungsstruktur bieten bessere Leistungen als dünnwandige Konstruktionen.
Schauen Sie sich die Fahrerangaben an. Der Treiber ist bei hohen Temperaturen oft der schwächste Bauteil. Wählen Sie Lampen, bei denen der Treiber thermisch geschützt ist oder die über eine Fernbedienung gesteuert werden können.
Überlegen Sie sich spezielle Leuchten für extreme Bedingungen. Für Anwendungen bei Temperaturen von über 60 bis 80 °C wurden spezielle Leuchten für hohe Temperaturen Notwendig, nicht ein durchschnittliches industrielles Produkt.

Durch die Einhaltung dieser Schritte verhindern Sie, dass Sie in eine Leuchte investieren, die auf dem Papier eine gute Leistung aufweist, die jedoch in der Praxis bereits Monate später ausfällt oder stark in der Lichtleistung nachlässt.

Praxisbeispiel: Rockwool Kroatien

In der Rockwool-Fabrik in Zajci, Kroatien, wurde eine Beleuchtung gesucht, die Temperaturen von über 110 °C standhält und die Infrarotstrahlung abwehrt, die während des Produktionsprozesses entsteht. Standardmäßige LED-Beleuchtung und sogar viele hitzebeständige Ausführungen brachen unter diesen Bedingungen zusammen. Gleichzeitig sollte die LED-Treiber nicht wärmer als 50 °C werden, während es in der Außenwelt im Sommer bereits um die 40 °C geht. JEL Products Das Lichtdesign, die Engineering, das Design der Anlage und die Lieferung umfassten weit über 50 Barracuda HT, weit über 20 Snapper HT und weit über 30 Linear HT. Die Anlage liefert mehr als 100 Lux auf der Arbeitsfläche.

Die Temperatur um eine Leuchte bestimmt, wie warm die LED und der Treiber werden und damit auch, wie viel Licht im Laufe der Zeit übrig bleibt. Wer nur auf die Lufttemperatur achtet, verpasst die Wärme, die als Strahlung eindringt. Das thermische Design der Lampen und die Positionierung des Treibers, separat entworfen und unabhängig von den heißen Produktionsbereichen getestet, war hier entscheidend. So bleiben Lichtleistung und Lebensdauer auch unter extremen thermischen Belastungen erhalten.

Mehr zum Projekt Rockwool Kroatien

Wie JEL Products bei der Entlastung in Umgebungen mit hohen Temperaturen hilft

JEL Products Entwickelt und liefert LED-Leuchten, die speziell für Umgebungen konzipiert wurden, in denen Umgebungswärme eine ernsthafte Herausforderung darstellt. Die Orca Barracuda Hochtemperatur-Floodlights sind für den Einsatz in Stahlwerken und anderen Umgebungen mit extrem hoher Hitze und Infrarotstrahlung konstruiert und bieten eine Temperaturfestigkeit von bis zu +120°C. Das ist keine Marketingvorgabe, sondern eine technische Spezifikation, die aus jahrelanger Zusammenarbeit mit industriellen Partnern in den härtesten Branchen hervorgegangen ist.

Konkret bietet JEL Products Folgendes:

Armaturen mit einem bewährten Ta max von bis zu +120°C, geeignet für die anspruchsvollsten Produktionsumgebungen
Technischer Rat und Lichtberechnungen, abgestimmt auf die tatsächlichen Temperaturbedingungen an Ihrem Standort
Unterstützung bei der Auswahl der richtigen Leuchte basierend auf der Junction-Temperatur, der Lumenleistung bei erhöhter Temperatur und den Treiber-spezifikationen
Komplett Entlastung: von der Engineering und Lichtberatung nach Maß Gesamtinstallation und Inbetriebnahme
ISO9001 und VCA** zertifizierte Arbeitsweise, um Qualität und Sicherheit zu gewährleisten

Haben Sie ein Projekt, bei dem Hitze eine entscheidende Rolle bei der Beleuchtung spielt? Kontaktieren Sie uns bitte unter Kontaktseite von JEL Products für ein unverbindliches Gespräch mit einem technischen Spezialisten.

Blog

Wie beeinflusst Umgebungswärme die Lichtausbeute von LED-Leuchten?