Wärmemanagement für LED-Hochleistungslampen in Gewächshausbeleuchtungen

Die Verbesserung des Wirkungsgrades von LED-Beleuchtungen wird von Generation zu Generation besser. Dennoch entwickeln Leistungsleuchtdioden nach wir vor erhebliche Verlustleistung. Dabei sind blaue und rote LED`s noch am effizientesten. Hier wird mehr als 50% der eingesetzten elektrischen Energie in Lichtphotonen umgesetzt.

Weiße LED`s, wie sie oft in Beleuchtungen eingesetzt werden, um ein natürlichen Lichteindruck zu erzeugen, nutzen spezielle Farbstoffe. Damit wird das Licht von roten und blauen Dioden in grünes und gelbes Licht umgewandelt. Diese Transformation verbraucht Energie, so dass solche LED`s meist nur einen Wirkungsgrad von etwa 30-35% haben. Das bedeutet, dass 65-70% der eingesetzten Energie als Verlustwärme anfallen.

Die Lebensdauer, die Farbtreue und die Helligkeit von LED's sind sehr direkt mit der Betriebstemperatur verbunden. Für hochwertigen und langlebigen LED-Produkten wird man also darauf achten, dass die Temperatur der Licht-emittierenden Fläche so gering wie möglich ist.

Einfache LED-Leuchten, die häufig nur ein extrudiertes Aluminiumprofil ohne gute Ankopplung der LED's an Kühlflächen verwenden, haben oft eine Lebensdauer von weniger als 25.000 Stunden. 

Sind längere Einschaltzeiten geplant oder ein störungsfreier Betrieb über viele Jahre gewünscht, kommt man um ein Wärmemanagement nicht herum. Bekannte Systeme wie Kühlkörper, Heatpipes, Wärmeleitpasten und Wärmeleitfolien werden seit vielen Jahren erfolgreich in elektronischen Geräten wie Laptops oder Tablet-PC`s eingesetzt. Diese Technologien sind auch bestens dafür geeignet, hochwertige LED-Beleuchtung langlebig zu machen. Betriebszeiten von bis zu 75.000 Stunden sind auf diese Weise realistisch zu erreichen.

Gegenüber anderen Beleuchtungsmitteln erzeugen LED`s zudem signifikant weniger Infrarot-Strahlung. Das bedeutet im Gewächshausbau, dass die Lampen bedeutend näher an den Pflanzen angebracht werden können wie Hochdruck-Natriumdampflampen oder Halogen-Lampen. Da die Lichtintensität mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, kann auf diese Weise mehr pflanzenwirksames Licht in Kulturen eingebracht werden. Zusätzlich zu den verbesserten Wachstumsraten der Pflanzen reduziert sich dadurch der Energieverbrauch deutlich gegenüber traditionellen Beleuchtungsmethoden.

Wärmemanagement ist jedoch auch in den Konstantstromquellen (Vorschaltgeräte für LED`s, auch LED-Treiber genannt) notwendig. Die Transformation der jeweils verfügbaren Spannung (120-400 VAC) erzeugt bei LED-Leistungen von 100-1000W ebenfalls Verlustleistung, die zuverlässig von den elektronischen Leistungsbauteilen abgeführt werden muss. Wegen der hohen Spannung ist hier häufig die galvanische Trennung (elektrische Isolation) ein wichtiger Bestandteil des Wärmepfades.

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