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Jun
08

Lichtquellen

Wenn man sich heute mit Beleuchtungstechnik beschäftigt und das auch noch halbwegs zeitgemäß tun will, dann verzichtet man besser auf den Einsatz von Glühbirnen, vereinzelt auch spöttisch „Leuchtobst“ genannt. In diesen Kontext passt auch die Debatte über das Verbot der klassischen Birne. Im Verlaufe der letzten Wochen hatte es von Seiten der EU entsprechende Verlautbarungen gegeben und auch die Bundesregierung denkt öffentlich über ein Verbot nach.

In diesem kurzen Artikel will ich ein paar Alternativen vorstellen, die es entweder grade in den Massenmarkt schaffen, oder zumindest in naher Zukunft das Potential haben könnten die Haushalte zu erobern. „Sparlampen“ beziehungsweise CCFL-Technik werde ich recht großzügig ausklammern, die gibts inzwischen beim Discounter auf dem Wühltisch.

  • LED´s

Light Emitting Diodes oder Leuchtdioden haben ihren Exotenstatus ebenfalls schon fast verloren. In Taschenlampen, Headlights und ähnlichen mobilen Lichtquellen sind sie schon seit einigen Jahren sehr beliebt. Da diese Entwicklung hin zu Massenprodukten noch eine recht neue ist und der „große Durchbruch“ angeblich noch bevorsteht haben sie dennoch ihren Platz in dieser Auflistung verdient.

Dafür sind wohl vor allem die sogenannten High-Power Leds verantwortlich, die mit einem maximalen Lichtstrom von 240 Lumen ( singlechip) einen Einsatz jenseits simpler Anzeigen möglich machen. Man benötigt ca. 3 dieser Leds um eine 60W Glühirne zu ersetzen. Erkauft wird diese Effizienzsteigerung mit einem massiven Kühlaufwand, der benötigt wird um die Lebensdauer der kleinen Halbleiter nicht zu sehr zu verkürzen.

Den aktuellen Entwicklungen auf diesem Gebiet wird noch ein eigener Artikel gewidmet.

  • OLED´s

Im Unterschied zu den bereits bekannten Leds zeichnen sich Oled´s durch die Verwendung eines organischen Halbleiters aus. Organisch bedeutet in diesem Fall nicht Öko, der Halbleiter basiert einfach nur auf einer Kohlenstoffverbindung. Dies ist, ebenso wie die Möglichkeit polykristaline Dioden zu verwenden, ein Grund für die deutlich geringeren Herstellungskosten der Oleds. Nachteil sind ihre geringere Leucht- und Stromdichte. Das Anwendungsgebiet liegt hier also eher bei Flächenleuchten. Im Moment befinden sich die Oleds noch auf dünnen Kunststoffträgerfilmen. Für die Zukunft träumt man jedoch bereits von Farben, die sowohl Licht abgeben können als auch via Minisolarzellen selbstversorgend sind. Mehr als Gedankenspiele sind das jedoch noch nicht. Eine kommerzielle Nutzung findet bisher nur in Displays für mobile Geräte statt.

Wie man sich bei Osram die nahe Oled-Zukunft vorstellt kann man sich in diesem Beitrag bei Heise anschauen. Wirkich überzeugend wirkt die Studie noch nicht, einen ähnlichen Effekt kann man auch mit der klassischen EL-Folie erreichen. Ein mögliches Hindernis auf dem Weg in den Massenmarkt könnte auch die im Vergleich zu anorganischen Leds geringere Lebensdauer sein. Im Bereich der Oledtechnik wird jedoch massiv geforscht, die angesprochenen Probleme könnten also schon bald der Vergangenheit angehören.

Im Gegensatz zu Leds muss man jedoch ganz klar sehen, dass über die Zukunft der Oleds im Moment nur spekuliert werden kann. Das Ministerium für Bildung und Forschung geht von mindestens 5 Jahren bis zur Marktreife erster Produkte aus. Die Industrie ist da etwas zuversichtlicher und möchte bereits in 3 Jahren so weit sein. Ein kürzlich vorgestelltes 10×10 cm Panel erreicht bereits um die 50 lm/W bei gleichzeitiger hoher Lebensdauer. Bisher ließ sich eine Steigerung des einen Kennwerts nur auf Kosten des anderen ereichen. Details dazu ebenfalls via Heise.

  • Plasma bulbs

Diese Technik überzeugt ebenfalls durch Effizienzwerte (140lm/W), die sich sogar leicht oberhalb des Niveaus aktueller Highpower Leds bewegen. Die Anwendungsgebiete beider Technologien werden jedoch grundsätzlich andere sein Die Plasmalampen sind in erster Linie für den Einsatz unter freiem Himmel gedacht, also Straßenbeleuchtung oder „architectual lighting“. Der Grund dafür liegt wohl in den stark unterschiedlichen Lichtmengen, welche die verschiedenen Technologien erzeugen können. Während für Singlechip Leds heute bei 240lm Schluss ist, fangen die Plasma Bulbs bei 2200 Lumen erst an. Die Grenze nach oben liegt im Moment bei 12000lm, es gibt jedoch je nach Einsatzzweck noch zahlreiche Zwischenwerte.

Die Plasma Bulbs habe, was From und Größe betrifft, nur wenig Ähnlichkeit mit herkömmlichen Glühbirnen. Mit Pille wäre ihr Erscheinungsbild deutlich treffender beschrieben. Die kleinen Glaskörper sind mit Gas und Metallsalzen gefüllt. Wenn man die Pille nun in einem starken elektrischen Feld positioniert, wird das Gas im inneren ionisiert und es bildet sich ein Plasma. Das heiße Plasma wiederum heizt die noch festen Salze auf und verdampft diese bis sie ebenfalls im Plasma aufgehen. Erst in diesem letzten Schritt beginnt die Lichtquelle auch wirklich weißes Licht abzugeben. Bedingt durch die hohen Temperaturen, soll die Lichtfarbe in etwa dem der Sonne entsprechen. Erzeugt wird das E-Feld von einem sogenannten Puck. In diese dickliche Scheibe mit einem Durchmesser von ca.5cm, wird das eigentliche Leuchtmittel eingesetzt. Im inneren des Pucks befinden sich die Antennen, die das Feld erzeugen, das dann durch den leitfähigen Puck noch verstärkt und fokussiert werden soll. Es gibt daher keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Komponenten. Insgesamt fällt auch die Ansteuerung sehr kompakt aus. Inhabitat hat ein paar Grafiken, die das Funktionsprinzip noch etwas anschaulicher machen sollten. Die Lebensdauer von ca. 30000 Stunden kann natürlich nicht mit dem von Leds konkurieren. Wenn man mit geringem Energieaufwand und auf kleiner Fläche ähnliche Lichtmengen erzeugen will, scheint dies jedoch eine interessante Alternative zu sein.

  • Halogentechnik

Wirklich neu ist diese Technik beleibe nicht. Man darf aber bei aller Begeisterung für die neuen Hightechprodukte nicht vergessen, dass der Zwang zu stetiger Effizienzsteigerung auch an den traditionellen Leuchtmitteln nicht vorübergeht. Eine Möglichkeit die Effizienz auf ca. 30% zu steigern liegt in der thermischen Isolierung des Wolframdrahts. Der Glaskörper der Birne wird hierzu mit einer dünnen Metallschicht bedampft, die das sichtbare Spektrum passieren lässt. Die Temperatur im inneren wird jedoch gehalten und man benötigt weniger Energie um die Wendel auf Betriebstemperatur zu halten.

Update 17.7.08

  • El-Folien

In Anwendungsbereich und Erscheinungsbild gleichen sie eigentlich den bereits behandelten OLEDs. Es handelt sich ebenfalls um Folien ( dünner 1mm ), die in der Lage sind über die gesamte Fläche gleichmäßig Licht abzugeben. Technisch gesehen unterscheiden sich die beiden Lösungen jedoch erheblich. Die El-Folie basiert auf der Eigenschaft bestimmter Dielektrika nach Anlegen einer Spannung Licht zu erzeugen, sie wird daher auch Kondensator-Leuchtfolie genannt. Die Leuchtpigmente werden dazu in eine Kunststoffolie als Trägermaterial eingebettet. Am Augenfälligsten werden Die Unterschiede wahrscheinlich bei der Stromversorgung. Die meisten Produkte werden mit Werten um 110V Wechselspannung und 400Hz betrieben, ein Überbleibsel aus dem ursprünglichen Anwendungsgebiet in der Avionik. Für den Anwender bedeutet dies, das leise Fiepen eines Inverters in Kauf nehmen zu müssen. Frequenz und Spannung können sich jedoch auch in den Bereichen +/- 50-300V und 300-1000HZ bewegen, über diese kann dann auch die Farbtemperatur bis zu einem gewissen Grad beeinflusst werden. Verkauft werden die Folien entweder als Endlosstreifen ( EL-Schnüre) oder als „Platte“ bis ungefähr A0. Je nach Anwendungszweck lassen sie sich dann nach belieben zuschneiden, wichtig ist nur die Anschlüsse nicht auch mit abzuschneiden.

Auf den ersten Blick mag sich das alles ganz gut anhören, mich haben die Folien jedoch bisher nicht beeindruckt. Weiße Folien haben in ausgeschaltetem Zustand eine hässlich blassrosa Farbe und die Lichtfarbe war subjektiv gesehen auch wenig begeisternd. Hinzu kommt das Fiepen des Inverters, das man auch irgendwie  abschirmen muss. Für Aussenanwendungen gilt genau wie bei OLED’s, dass man die Folien vor Feuchtigkeit schützen muss. Die Entwicklung ist jedoch noch lange nicht abgeschlossen und man darf gespannt sein ob sie nicht irgendwann eine Alternative zur OLED-Technologie darstellen.

  • Lichtleiter

In der Diskussion um effiziente und farbtreue Lichtquellen ist zumindest für Letzteres das Sonnenlicht immer noch Maß der Dinge. Der klassiche Weg Tageslicht in die Räume zu bekommen ist das Fenster oder Oberlicht. Leider liegen nicht alle Räume an der Außenseite eines Gebäudes und große Glasflächen bedeuten immer einen Wärmeverlust. Der Versuch Licht auf anderem Wege in das Innere eines Gebäudes zu leiten liegt also nah. Die Technische Umsetzung ist jedoch nicht so einfach. Zuerst muss das Licht gesammelt werden. Linsen und Parabolspiegel sind die dafür so gängigen wie einfachen Mittel. Die Herausforderung liegt im Transport des Sonnenlichts an sein Ziel im Gebäudeinneren. Zur Zeit verwendet man gartenschlauchähnliche Hohlleiter. Diese sind mit einer Chemikalie befüllt, die besondere Brechungseigenschaften besitzt und eine hohe Lichtdurchlässig aufweist. In der Zusammensetzung dieser Flüssigkeit liegt wahrscheinlich das größte Optimierungspotential. Die Effizienz dieser relativ neuen Technik liegt bei mageren 50%. Leider steht Sonnenlicht in unseren Breitengraden nicht immer und in außreichender Menge zur Verfügung und es muss an trüben Tagen mit Kunstlicht unterstützt werden. Die Kollektortechnik ist zwar eigentlich Low-Tec , die mechanische Nachführung  macht das ganze System jedoch wieder Fehleranfällig. Für bürokomplexe ist diese Technologie jedoch ideal. Die Arbeitszeiten decken sich hier mit den Stunden intensivsten Tageslichts.

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8 Responses to “Lichtquellen”


  1. 1 twentytwo
    Juni 28, 2008 um 1:05 pm

    Wirklich intressant sind die Plasmaröhren hab sowas mal gesehen – überzeugende Technik, allerdings stehen die Produktionskosten in keinem Vergleich deswegen wird diese Technik nicht mehr allzugut den Massenmarkt erreichen, sie wird noch frühzeitig von den LEDs und deren Artverwandten abgelöst!
    OLEDs sind ja fast schon ’n alter Hut! Kann mich daran erinnern sowas mal in ein Glas integriert gesehen zu haben, waren dann Bunt in der Scheibe verteilt und mit fast unsichtbaren Drähten angeschlossen der Effekt war nciht schlecht. Intressant wird es dann wenn die ersten Bildschirme in die Scheiben eingelassen werden! ^^ Die Zukunft allerdings sehe ich bei den sog. FolienLeuchtmitteln das sind Leuchtleiter die einfach mittels spezieller Drucker aufgedruckt werden (hab das mal im FraunehoferInstitut in München gesehen)! Ich sag nur Leuchttapette!^^

    MfG 22

  2. 2 rbt
    Juni 28, 2008 um 2:17 pm

    mhh was istn so teuer an den plasmateilen ? preise hab ich dazu leider nicht gefunden, aber der eigentlich Leuchtkörper sieht nicht so wahnsinnig aufwendig aus. wenn ich das richtig verstanden habe ist das doch nur ein doppelwandiger glaskörper, gefüllt mit gas und ein paar salzkrümeln.

    wo siehst du denn den Unterschied zwischen oleds und folienleuchtmitteln? Oleds sidn doch auch heute schon zum teil auf flexiblen trägermaterialien aufgebracht und drucken lassen sie sich auch. die Farbe auf oledbasis ist doch auch schon im gespräch, auch wenns im moment wohl nur gedankenspielerei ist.
    und wenn die foliendinger nur lichtleiter sind .. was für ne lichtquelle soll die dann schlussendlich befeuern ? oledtapeten hätten den vorteil, das sie selbst lichtquelle sind.

  3. 3 twentytwo
    Juni 30, 2008 um 3:50 pm

    Was genau so teuer an der Herstellung von den Plasma’röhren‘ ist weiß ich auch nicht genau, setzt wohl besondere Arbeitsschritte vorraus die in der Produktion wohl letztendlich zu teuer werden.

    Der wesentlich unterschied zwischen Folienemittern und der normalen OLEDs ist der das reintheoretisch es dann Leuchtmittel aus der Spray-Dose geben wird die man dann eben nur noch mit zwei Kablen verbinden muss und diese anfangen zu leuchten. Bei OLEDs ist ja das ‚bedrucken‘ im eigentlichen Sinne eher eine Art Herstellung sind ja schließlich auch LEDs (OLED-Displays sind auch so nur so dick wie ein Papier, auch von der Elastizität und der Haptik)

    Die Sache mit den Folienleitern ist ja noch in der Entwicklung, der Vorteil liegt eben im Verbrauch (ca. 0,5% einer OLED-Variante also nicht mehr nennenswert) und eben könnte es sein das diese Lichtbahnen für diverse Optik-Kabel (Toslink etc.) oder eben Beleuchtungszwecke verwandwerden könnte. (Wie gesagt befindet sich noch in der Entwicklung was möglich sein wird kann man sich auch ebenso gut slebst vorstellen ^^)

    MfG 22

  4. 4 rbt
    Juli 1, 2008 um 7:04 am

    So wie ich das verstanden habe, sehen sich Oleds und Leuchtfolien auf den ersten Blick sehr ähnlich. Alle von dir angesprochenen Anwedungsgebiete und Produktionstechniken werden für beide Lichtquellen prognostiziert. Die Unterschiede werden sich dann auf Stromversorgung( hochfrequente Wechselspannung bei den Folien, Gleichspannung bei den Dioden), Haltbarkeit und Verbauch erstrecken.
    Hab mir vor Jahren mal so ne Folie gekauft und war wenig begeistert vom Effekt. Das und die geringe Aufmerksamkeit die der Technologie im Moment geschenkt wird wohl dazu geführt haben, das sie hier etwas vernachlässigt wurden. Wie es scheint dreht sich auch dort das Rad weiter und ich muss wohl nen extra beitrag zu den Folien verfassen 😉

  5. 5 twentytwo
    Juli 1, 2008 um 12:42 pm

    Ja also das stimmt schon das die beiden Techniken wohl im Grunde das gleiche Arbeitsgebiet haben dürften! Wie weit die Technik voran gerückt ist kann ich leider auch nicht sagen, den Vorteil einer solchen Folie ausmachen würde wäre klar der Verbrauch und die Herstellung allerdings und das könnte ich mir auch nicht vorstellen das dies Drucktechnik die OLEDs von der Leuchtkraft ablösen könnte. (Denkbar wäre trotzdem Straßenmarkierungen oder Gehwege zu beleuchten. . .)
    Übrigens gibt inzischen schon die ersten Versuche bzw. Entwicklungen bei der die Farbe geändert werden kann (wie das funktioniert ist mir ein Rätsel . . . sagt mir mein physikalischer Verstand ^^)

    MfG 22


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