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LED-Beleuchtung

Seit einiger Zeit kommt das Beleuchten von Aquarien mittels LED-Beleuchtungen immer mehr in Mode. Dabei kursieren zahlreiche Aussagen die die Vorteile dieser Leuchtmittel belegen sollen.

LED's sind effizienter als andere Leuchtmittel, benötigen kaum elektrische Leistung, halten ewig, werden nicht heiß und sind billig. Außerdem können sie das Farbspektrum der Sonne identisch nachbilden. Alle diese Aussagen sind nach heutigem Stand (Januar 2012) nicht völlig korrekt.

LED's sind mit Sicherheit eines der Leuchtmittel der näheren Zukunft. Die Entwicklung geht dort mit riesigen Schritten voran und mit Spannung darf dabei die Entwicklung der organischen LED's betrachtet werden. Jedoch sind andere Leuchtmittel derzeit noch im Vorteil.
Betrachten wir dabei zuerst die technischen Fakten. LED's werden meistens mit Kleinspannung betrieben. Das macht sie aus Sicherheitsgründen prinzipiell für den Einsatz in der Nähe von Wasser gut geeignet. Die elektrische Leistungsaufnahme einzelner LED's variiert je nach Typ zwischen wenigen Milliwatt und einigen Watt. Die Preise variieren ebenfalls zwischen wenigen Cent und zweistelligen Eurobeträgen. Die Vielfalt der Auswahl und die schnelle Generationsfolge machen genauere Angaben leider unsinnig.

Technik

Es gibt zwei verschiedene Typen von weißen LED. Bei der ersten Variante sind drei verschiedenfarbige Leuchtdioden in einem Gehäuse untergebracht. Durch die Kombination dieser drei LED wird weißes Licht erzeugt. Bei dieser Technik spricht man von RGB-LED. Bei der anderen Bauform wird eine blaue Leuchtdiode mit einer Leuchtschicht umgeben. Die Leuchtschicht wandelt einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht um und durch die Kombination dieser beiden Farben wird weißes Licht erzeugt. Diese Technik ist ähnlich zur Leuchtstofflampe. Meist sind Leuchtdioden dieses Typs effektiver als die RGB-LED, allerdings geht da die Lichtfarbe sehr stark ins Bläuliche. Zudem ist die Lebensdauer dieses LED-Typs wesentlich geringer. Dort ist der Lichtstromverlust von 50% bereits nach knapp unter 10000 Stunden erreicht.
Bei der Farbwidergabe sind die Leuchtstoff-LED zur Zeit wesentlich besser anzusehen. Bei der RGB-LED ist die Breite der Einzelspektren der drei Farb-LED sehr begrenzt, wodurch starke Lücken im Gesamtspektrum entstehen.
Welche der beiden Techniken besser für den Einsatz in Aquarien geeignet ist ist noch unklar. Die Frage ist hier, wo die Entwicklung hingeht.
Fakt ist, dass man derzeit oft nicht weiß welcher Typ LED gekauft wird. Die Leuchtstoff-LED ist derzeit aufgrund ihrer geringen Haltbarkeit sicher noch keine Alternative zu Leuchtstofflampen. Welche Lichtausbeute die LED über die Lebensdauer hat finden sich auch nur in den seltensten Fällen. Ohne diese Info ist aber ein effektiver Vergleich mit Leuchtstofflampen nicht wirklich aussagekräftig. 

Heiss werden 

Gemeinsam ist allen LED's, dass sie keine bzw. kaum Wärmestrahlung im Lichtbereich emittieren. Das bedeutet aber nicht, dass LED's keine Wärme produzieren. Genau wie bei anderen Leuchtmitteln wird ein großer Teil der zugeführten elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Allerdings gibt die LED diese Wärme nach hinten und nicht wie andere Leuchtmittel mit dem Licht ab. Wird die LED nicht gekühlt (z.B. mittels Kühlkörper) kann die Temperatur der LED in kritische Bereiche steigen. Zu hohe Temperaturen reduzieren die Lichtausbeute und senken die Haltbarkeit der LED. Je höher die Leistung der einzelnen LED desto mehr Wärme wird auch erzeugt. Daher ist gerade bei leistungsstarken LED eine effiziente Kühlung äußerst wichtig. Ansonsten hat man bereits nach relativ kurzer Betriebszeit eine deutlich verminderte Lichtausbeute. Mit dem Auge sind diese geringeren Helligkeitswerte zwar selten auffällig (da der Lichtkraftverlust schleichend auftritt), die Pflanzen merken das aber deutlich eher und quittieren das mit geringerem Wachstum.

Somit ist die Aussage, dass LED's nicht heiß werden und somit nicht gekühlt werden müssen, eindeutig falsch. Leider versuchen Hersteller (oder Händler) von solchen LED-Systemen diese Aussage immer wieder durchzudrücken.
Bevor ich aber mehr auf die Händler und ihre Aussagen eingehe, bleiben wir noch etwas bei den technischen Fakten.

Effizienz

Oft wird von den LED-Vertreibern Energieeinsparpotentiale angegeben. Teilweise bis zu 80% gegenüber herkömmlichen Leuchtstofflampen. Bei objektiver Betrachtungsweise kann diese Aussage nicht bestehen. Natürlich lässt das Wort "bis" viel Interpretationsspielraum.

Das wichtigste Kriterium einer Lampe ist die ausgesandte Lichtmenge. Diese wird in Lumen angegen und muss bei allen Leuchtmitteln ab 4 Watt angegeben werden. In Verbindung mit der Angabe der elektrischen Leistungsaufnahme lässt sich so die Effizienz des Leuchtmittels berechnen. Die Effizienzangabe sagt aus, wie viel Licht (Lumen) ich pro Watt reingesteckte elektrische Energie rausbekomme. Dies wird daher in Lumen/Watt (lm/W)angegeben. Herkömmliche Glühlampen erreichen dabei zwischen 5 und 15 lm/W. Leuchtstofflampen liegen zwischen 30 und 90 lm/W. Die neuen T5-Systeme schaffen teilweise sogar über 100 lm/W.
Wo liegt aber die LED. Es gibt LED's mit nur sehr geringen Werten um die 5 lm/W und andere mit über 90 lm/W. Und natürlich alles dazwischen auch. Der Unterschied liegt im Preis. LED's mit einer besseren Effizienz kosten dabei wesentlich mehr.
LED-Systeme verwenden derzeit meist LED's mit einer Effizienz zwischen 50 und 70 lm/W. Die teureren liegen derzeit bei knapp über 90 lm/W. Noch bessere Systeme gibt es meines Wissens derzeit nur im Eigenbau. Ganz preiswerte Lösungen liegen teilweise unter 10 lm/W.

Vergleichen wir diese Werte kommt die LED auf ähnliche Werte wie Leuchtstofflampensysteme. Energieeinsparung ist also bei gleicher Lichtmenge allerhöchstens  minimal verhanden (unter 5%). Wie kommen dann die Aussage "bis zu 80%" zustande? Bei alten Leuchtstofflampensystemen mit konventionellem Vorschaltgerät sind LED auch tatsächlich sparsamer. Gut von 80% Einsparung sind wir auch da noch weit entfernt, aber 30 bis 50% sind da schon drin. Allerdings bekomme ich effektivere Leuchtstofflampensysteme deutlich günstiger als gute LED-Systeme.  Wie die 80% hergeleitet werden, erläutere ich im Absatz "Händler und Preise"  näher.

Da ich beruflich ebenfalls mit Beleuchtung zu tun habe, werden mir des öfteren LED-Lampen angeboten. Vor kurzem kam jemand mit LED-Leuchtmitteln zu mir, die in vorhandene Leuchten eingesetzt werden können. Dazu müssen allerdings der Starter und das Vorschaltgerät überbrückt werden. Bisher waren solche Leuchtmittel nicht allzu effektiv. Diese neuste Generation wurde allerdings mit etwas über 100 Lumen/Watt angegeben. Diese Lampe wäre also effektiver als gute T5-Leuchten, da durch die komplette Abstrahlung des Lichtes nach unten keinerlei Reflexionsverluste zu erwarten sind. Allerdings ist der Anschaffungspreis von über 100 Euro pro Stück, selbst bei industrieller Abnahme, so hoch, dass der Einsatz wirtschaftlich wenig Sinn macht.
Dazu kommt der nötige Umbau der vorhandenen Leuchte. Dabei sollte man bedenken, dass dies für Laien nicht zu empfehlen ist. Elektrischer Strom ist gefährlich. Nicht nur durch den möglichen elektrischen Schlag, sondern auch durch mögliche Brandgefahren. Durch die Bastelei verliert man natürlich jede Gewährleistung des Herstellers der Leuchte. Nicht nur die Garantie, sondern auch die CE-Konformität und damit jeden Anspruch auf Erstattung möglicher Schäden durch die Leuchte. Ob dafür der LED-Lampenhersteller in Haftung genommen werden könnte, halte ich für fraglich.
Fakt ist, dass die Leuchten in dem Fall entgegen ihrer eigentlichen Bestimmung (Betrieb mit Leuchtstofflampen) betrieben werden. Ob die eigene Versicherung dann zahlt, würde dann auf den Einzelfall ankommen. Theoretisch würde sich für die Versicherung ein Schlupfloch bieten.

LED können also effizienter sein, als Leuchtstofflampen, allerdings bei deutlich höheren Anschaffungskosten.

Haltbarkeit

Kommen wir also zur Haltbarkeit. LED's werden mit einer Lebensdauer von bis zu 100000 Stunden angegeben. Allerdings sinkt der Lichtstrom in dieser Zeit auf ca. 50%  des Nennwertes. In den meisten Fällen werden daher 50000 Stunden angegeben. Das ist erstmal prinzipiell richtig. LED's sind sehr langlebig. Allerdings verlieren auch LED's über die Lebensdauer an Leuchtkraft. Wieviel genau wird höchst selten angegeben. Die Lebensdauer sinkt aber auch, wenn die LED's nicht mit einer passiven oder aktiven Kühlung betrieben werden. Gerade bei den effektiven Hochleistungs-LED's ist das äußerst wichtig. Dies macht den Einsatz von LED's in einer geschlossen Abdeckung wo es zu einem Wärmestau kommen kann etwas schwieriger.  Bei hocheffektiven LED-Systemen (z.B. Cree MC-E im Betrieb an 350mA mit sehr guter Kühlung) dürfte die nutzbare Lebensdauer in etwa das Doppelte bis Dreifache einer guten herkömmlichen Leuchtstofflampe (mit elektronischem Vorschaltgerät) betragen.

Allerdings gibt es mittlerweile auch extrem langlebige Leuchtstofflampen mit einer angegebenen mittleren Lebensdauer bis zu 90000 Stunden bei Betrieb an Warmstart-EVG. Diese Lampen sind zwar in der Anschaffung etwas teurer als Herkömmliche, halten dafür aber fast fünfmal so lange. Der Lichtstromverlust liegt bei 20000 Stunden Betriebsdauer gerade mal knapp über 10%. Ein Hersteller gibt an, 90% Lichtstrom über die gesamte Lebensdauer. Diese Lampen sind somit von der Haltbarkeit sogar besser als Hochleistungs-LED. Hinzu kommt, dass diese Leuchtstofflampen ideal für den Betrieb auf Aquarien geeignet sind, da sie auf lange Schaltzyklen ( Angabe Lebensdauer gilt bei 11 Std an, 1 Std. aus) ausgelegt sind.

Wie schon oben geschrieben verlieren bestimmte LED-Typen wesentlich schneller an Leuchtkraft. Dort ist nach 10000 Stunden nur noch 50% des Lichtstroms vorhanden.

Farbspektrum

Einige LED-System-Vertreiber werben damit, dass LED das Sonnenspektrum nahtlos identisch nachbilden können und beziehen sich dabei auf eine Studie des Leibniz Institut für Pflanzenbiochemie in Halle.

Interessanterweise ist diese Studie auf der Seite (worauf aber verwiesen wird) gar nicht zu finden. Genau genommen gibt es dort gar keine Forschungsgruppe zum Thema Beleuchtung. Dort gibt es nur einen Bericht über neue Versuchskammern wo der zitierte Text zu finden ist. Grundsätzlich ist diese Aussage aber korrekt. Das Geheimnis liegt im Wort "können". Mit komplexen LED-Lichtsteuerungen ist dies tatsächlich möglich, allerdings gibt es derzeit keine LED-Leuchte die dies für die Aquaristik umsetzt. Ein solches System wäre wohl auch für "Normal"-Anwender nicht bezahlbar.

In der Realität stehen gute LED-Systeme beim Spektrum Leuchtstoffröhren gleichwertig gegenüber.

Händler und Preise

Gerade die Händler  von LED-Systemen bringen auch gern die günstigen Preise ihrer Produkte ins Spiel. Dabei werden die Anschaffungskosten verglichen. Leider vergleichen die Händler dabei unzureichend. Wenn man etwas vergleicht müssen irgendwelche Parameter gleich sein. In einem konkreten Fall werden z.B. zwei 8 Watt LED-Lichtleisten mit einem doppellampigen Leuchtstofflampenbalken (2x38 Watt) verglichen. Gemeinsam ist beiden Lampen nur, dass sie für ein Becken mit 1,20m Breite verwendet werden können (Die LED-Leiste ist sogar nur 100cm lang). Sämtliche anderen Leistungsparameter sind abweichend. Was interessiert mich als potentiellen Kunden? Kommt da dieselbe Lichtmenge raus, wie bei dem Leuchtstofflampenbalken. Die Antwort ist hier recht einfach. Das ist nicht der Fall. Leider macht der Händler auf seiner Internetseite dazu keinerlei Aussage. Auch keine Angabe zu den Lumenwerten. Diese Angabe ist aber nach der Energiekennzeichnungsverordnung für Lampen ab vier Watt Pflicht. Wer nichts zu verbergen hat, kann solch eine Angabe aber auch problemlos machen. Ohne diese Angabe vergleiche ich aber ohne Sinn. Natürlich ist eine leistungsschwächere Lampe sparsamer als eine mit mehr Energiehunger. Der Vergleich ist ungefähr so, als würde ich eine 25 Watt Glühlampe mit einer 100 Watt Glühlampe vergleichen. Ich benötige nur 25% an elektrischer Leistung und beide sind in der selben Leuchte einsetzbar. Die 25er ist sogar noch preiswerter in der Anschaffung. Das sie nur ein Viertel des Lichtes bringt, braucht man ja niemanden zu erzählen.

Von daher hat mich das Fehlen der Angabe sehr neugierig gemacht und ich habe mal intensiver gesucht. Auf der Seite ist ein Hinweis welche LED's dort verbaut werden. Also habe ich mal auf der Seite des LED-Vertreibers gesucht und dort bin ich fündig geworden. man gibt dort eine Lichtausbeute von 40 bis 45 Lumen/Watt an. Das macht bei 8 Watt immerhin 360 Lumen . Vergleichen wir das mit der 38 Watt Leuchtstofflampe kommen wir auf einen Unterschied von 2640 Lumen. Die Leuchtstofflampe hat 3000 Lumen (z.B. Osram Lumilux L 38W 840 hat 3300 Lumen). Da der LED-Händler diese ohne Reflektor und ohne Abdeckung verwendet hat kommen wir nur auf 1500 Lumen und somit auch nur auf 40 Lumen/Watt. Durch den Einsatz eines Reflektors erreichen wir aber gute 2500 "genutzte" Lumen und somit auf eine deutlich bessere Effizienz. Diese Möglichkeit verschweigt der Händler natürlich.
Von 80% Energieersparnis kann man somit eigentlich nicht reden, denn um das gewünschte Ergebnis (gleiche Lichtmenge) zu erhalten benötige ich selbst beim Betrieb der Leuchtstofflampe ohne Reflektor etwas über vier der LED-Leisten und komme so auf eine Leistung von 32 Watt zu 38 Watt Leuchtstofflampe. Verwende ich eine Leuchte mit Reflektor so benötige ich sogar sieben LED-Leisten. Das macht 56 Watt. Somit benötige ich für die gleiche Lichtmenge 18 Watt mehr elektrische Energie.
Somit ist das keine Energieersparnis von 80%, sondern ein Lichtverlust von minimal 1140 Lumen (knapp 75%) bei weniger Energieaufwendung. Ob meinen Pflanzen soviel weniger Licht noch ausreicht ist durchaus fraglich.

Auch bei der Kostenfrage geht dieser Händler sehr kreative Wege. Nach seiner Rechnung spart man über 300 Euro in fünf Jahren gegenüber der Leuchtstofflampe (wieder Vergleich zweier LED-Leisten 8W mit einem doppellampigen Leuchtstofflampenbalken T8 38W).
Das dieser Vergleich hinkt ist ja jetzt schon klar. Die Stromkostenersparnis ist somit schon vom Tisch. Bleiben Anschaffungs- und Wartungskosten. Bei den Anschaffungskosten wird  ein Preis von 119 Euro für den Leuchtstoffbalken angesetzt. Eine kurze Suche im Netz hat mir direkt beim ersten Treffer einen Preis von 71, 80 Euro für einen passenden Juwel Leuchtbalken mit elektronischem Vorschaltgerät ausgespuckt. Zwei LED-Leisten plus Trafo kosten 239,70 Euro. Im Anschaffungspreis gewinnt somit deutlich der Leuchtstofflampenbalken.

Müssen die gut 160 Euro Preisdifferenz also über die Wartungskosten hereingeholt werden. Und hier wird richtig schön gerechnet. Der Händler gibt an, dass die Leuchtstofflampen jährlich gewechselt werden. Mit modernen Leuchtstofflampen ist das aber gar nicht mehr notwendig. Osram gibt für die T8 Lumilux eine Service-Lebensdauer von 18.000 Stunden an. Rechnen wir mal mit 15000 Stunden, ist etwas einfacher. Bei 10 Stunden Leuchtdauer (vom Händler in seinem Vergleich so angegeben) halten die Leuchtstofflampen somit vier Jahre. In dem Fünfjahresvergleich müssen die Lampen somit nur einmal und nicht viermal gewechselt werden.
Der Händler hat dafür fünf (Erstanschaffung und vier Wechsel) mal 50 Euro eingesetzt. Das wäre ein Preis von 25 Euro pro Leuchtmittel, was mir persönlich etwas hoch erschienen ist. Also wieder die Suchmaschine angeschmissen und nach der Osram Lumilux L 38W 840 gesucht. Bei Preisroboter.de finde ich zig Anbieter und fast alle liegen zwischen 4 und 5 Euro. Irgendwo wird sich sicher auch ein Geschäft in der Umgebung finden, wo ich diese Lampen für den Preis beziehen kann. Da ich nur vier Lampen in den fünf Jahren benötige sinkt somit der Preis für die Wartungen von 250 Euro auf 20 Euro. Da die LED-Leiste aber keine Wartung benötigt, gewinnt hier die LED.

Also komme ich bei den Anschaffungs- und Wartungskosten auf folgende Gesamtkosten:
LED: 239,70 Euro
Leuchtstofflampe: 91,80 Euro
Das macht einen Preisunterschied von 147,90 Euro zugunsten der Leuchtstofflampe aus. Beim Händler waren es noch 129,30 Euro zugunsten der LED. So etwas nenne ich interessant gerechnet. Selbst wenn ich dann noch die theoretische Stromersparnis von knapp 70 Euro in fünf Jahren zugunsten der LED anrechne, zahle ich immer noch 77,90 Euro mehr. Wohlgemerkt für weniger Licht.

Ganz bedenklich finde ich, wenn Vertreiber von LED-Systemen bei Messeauftritten ihre Produkte mit 290 Lumen pro Watt bewerben. Da es derzeit keine mir bekannte LED mit diesen Leistungswerten gibt, bin ich sehr skeptisch. Auf der Internetseite des Vertreibers waren dann auch "nur" bis zu 90 Lumen pro Watt angegeben. Ich nenne sowas Täuschung von Verbrauchern.

Auch eine Wasserkühlung der LED wurde angeboten. Diese Wasserkühlung bewirkt lt. Vertreiber eine zusätzliche 40%ige Leistungssteigerung.Die Lampen würden dadurch 20%  heller leuchten und das Netzteil verbraucht 20% weniger. Zumindest so die Aussage. Das bedeutet die Lichtausbeute würde 348 Lumen pro 0,8 Watt betragen. Wie das technisch funktionieren soll ist für mich nicht ganz klar.

Fazit:

LED-Lampen sind derzeit im aquaristischen Bereich noch nicht wirtschaftlich. Ausnahmen sind  LED die heute schon als Ersatz für Kompaktleuchtstofflampen/Energiesparlampen bei  kleinen Becken dienen.

Man sollte bei allen Angeboten bedenken, das es noch kein Leuchtmittel gibt, dass 100% der eingesetzten Energie in Licht umsetzt. Gute LED's liegen da mittlerweile in einem Bereich mit Leuchtstofflampen, bei allerdings wesentlich höheren Anschaffungskosten. Wie sich die Lichtstärke über die Lebensdauer entwickelt ist bei den meisten LED's nicht klar.

LED's sind nicht effizienter als Leuchtstofflampen oder HRI-Brenner sondern benötigen für die gleiche Lichtmenge auch min. den gleichen Strom.
LED's benötigen min. eine passive Kühlung um den vollen Lichtstrom und die maximale Lebensdauer erreichen zu können.
Bei richtigem Betrieb sind LED's sehr langlebig.
Effizientere LED's sind recht teuer

Ich persönlich finde es sehr schade, dass einige Händler zwecks Gewinnoptimierung nicht mit offenen Karten spielen. Wenn ich jetzt hingehe und meinen Leuchtstoffbalken gegen zwei der LED-Leisten austauschen würde, wäre ich vom Ergebnis mit Sicherheit enttäuscht und dürfte den Anschaffungspreis wohl als Lehrgeld verbuchen.

 

 
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