Wissenswertes

Licht, Lampen, Leuchten...

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Wenn es um Licht und Lichtquellen geht, meinte man bis vor wenigen Jahren eigentlich immer nur die "normale" Glühlampe, welche Umgangssprachlich auch als "Glühbirne" bezeichnet wird.

Doch Licht ist viel mehr, als nur die Glühlampe. Der folgende Beitrag soll aufzählen, was Licht eigentlich ist, und mit welchen technischen Geräten (Lampen) man es mit welchen Kosten bei welchem Wirkungsgrad erzeugen kann. Dabei wird auch erklärt, wie die jeweilige Technik funktioniert.

Grundsätzliches
Licht ist der Teil einer elektromagnetischen Schwingung (Strahlung), welche wir Menschen sehen können. So wie Ton (Musik, Sprache) auch eine Schwingung ist. So wie Funkwellen auch eine Schwingung ist. Nun kommt es aber auf die Frequenz der Schwingung an! Denn Frequenz sagt etwas darüber aus, wie schnell etwas schwingt, also wie viele Wellentäler und Wellenberge pro Zeiteinheit vorhanden sind. Der Fachman - oder auch die Fachfrau - sagt dazu auch "Periodendauer". F (Frequenz) = 1 / T (Periodendauer). Oder umgekehrt ist T = 1 / F.

Was ist (für Menschen sichtbares) Licht?
Nun, das Licht, welches wir haben möchten, hat eben eine Frequenz, welche wir Menschen mit unseren Augen "sehen" können.  Physikalisch gehört zum "Licht" auch der Bereich, den wir Menschen (aber z.B. manche Tiere) nicht sehen können. Bei "Licht" meint man aber im allgemeinen eben immer den Teil, den wir Menschen sehen können. Der deutsch-amerikanische Physiker Albert Einstein hat mit seiner Quantentheorie einiges in theoretische Beschreibungen und Formeln bringen können. Was Licht jedoch wirklich genau ist, wissen die Fachleute allerdings heute immer noch nicht ganz genau. Fest steht aber, das Licht für Menschen wichtig ist. Licht ist aber nicht Licht. Es muss das richtige Licht sein, mit der richtigen Frequenz (= Farbe), mit der richtigen Helligkeit (= Lichtstrom/Lumen)....

Wellenlänge (also halbe Periodendauer) und Frequenz (des sichtbaren Lichtes)
"Unser" Licht hat eine Wellenlänge von ca. 380 bis 780 nm (Nanometer). Ein Nanometer ist extrem wenig. Tausend Nanometer sind erst ein Micrometer, und das ist auch schon sehr wenig, denn tausend Micrometer ergeben erst ein Millimeter. Daraus folgt: 1 Million Nanometer ist 1 Milimeter. Aber wir reden hier nicht über 1 Million (1000x Nanometer x 1000 Micrometer = 1 Millimeter) sondern nur über rund 500 nm (Nanometer). Diese extrem kurze Wellenlänge können wir also z.B. nicht mehr hören, aber dafür "sehen". Je nach Frequenz haben wir Menschen unterschiedliche Organe, um unterschiedliche Schwingungen "messen" (also fühlen, hören, sehen...) zu können. Übrigens; kurze Wellenlänge = hohe Frequenz. Lange Wellenlänge = niedrige Frequenz. Bei Licht reden wir über unglaublich hohe Frequenzen im Bereich von ca. 790 bis herab zu ca. 390 Teraherz. Ein Teraherz = 1 Billion Schwingungen pro Sekunde. Alle gemachten Angaben beziehen sich immer auf eine Sekunde, wenn man von Frequenz spricht.

Die Lichtfarbe
Ganz einfach: was wir als Licht sehen können, ist der Bereich von ca. 380 bis 780 nm (Nanometer), wie einen Absatz höher schon geschrieben. Dieser Bereich beginnt im hellblauen, fast ultravioletten (und damit gerade beginnend sichtbaren) Bereich, hinüber über die Farbtöne Grün, Gelb, Rot, bis hin zum fast weissen Licht, und schließlich zum (auch nicht mehr für Menschen sichtbaren) Infrarotlicht. Diese Lichtfarbe (dieser Bereich) wird bei Leuchtmitteln in "Kelvin" ausgedrückt.

Bild oben zeigt das Sprektum des für Menschen sichtbaren Lichtes.


Bezeichnung


Farbtemperatur in Kelvin

Beschreibung


Wirkung auf Menschen


Anzutreffen bei


WW, warmweiss


ca. 3000 bis 3300 K


gelbliches Licht (Feuer)


gemütlich, behaglich



allen gängigen Leuchtmitteln.


NW, neutralweiss





ca. 3300 bis 5300 K





beinahe weisses Licht, neutral





sachliche Atmosphäre, Kunstlichtcharakter, wird gelegentlich als "kühl" bezeichnet, beleuchtet aber sehr gut und wirkt "hell".




vielen gängigen Leuchtmitteln.






TW, tageslichtweiss



über 5300 K




tageslichtähnlicher Farbton, nahezu vollständig weiss.


wirkt technisch, anregend, passt zu einfallendem Tageslicht, und ist damit "natürlich"

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Die Helligkeit
Diese wird üblicherweise in Lumen angegeben. Manchmal verwendet man auch die Bezeichnung Lux (als Einheit) für die (wahrgenommene) Hellikeit. Bei guten, modernen Leuchtmitteln (LED z.B.) liegen gute Werte im Bereich von oberhalb 50 Lumen pro Watt, bis ca. über 90 Lumen pro Watt. Es gibt Leuchtmittel, welche über 200 Lumen pro Watt an Lichtstrom (Helligkeit) erzeugen. Die sind aktuell (Stand 2012) jedoch Ausnahmen.

Der Wirkungsgrad (der verschiedenen Lichttechniken)
Normalerweise soll ein Gerät die hereingesteckte Energie (hier Strom) mit einem möglichst guten Wirkungsgrad (in Prozent) in eine andere Energieform (hier sichtbares Licht) umwandeln. Die Energieeffizienz soll also gut sein, schon alleine der Umwelt zuliebe. Kein vernünftiger Mensch würde heute noch mit herkömmlichen Glühlampen Licht machen (Stand 2013). Nebenprodukte, die bei Umwandlungsverlusten auftreten (z.B. Wärme) sind in aller Regel unerwünscht. Denn wenn man sich wärmen möchte, nimmt man keinen Lichtspender (Leuchtmittel), sondern eine Heizung! Der Wirkungsgrad wird üblicherweise bei Leuchten oft nicht in Prozent, sondern in Lumen pro Watt angegeben.

Die folgende Tabelle der wichtigsten / gängigsten / bekanntesten Leuchtmittel zeigt anschaulich in etwa die Richtwerte (Kenndaten) der jeweiligen Leuchtmittel, und beziehen sich auf den Stand 2012. Als Strompreis wurde 0,25 Euro/kWh angenommen. Da der Strompreis sehr wahrscheinlich weiter ansteigen wird, rechnen sich modernere (also teuere) Leuchtmittel immer mehr, da sie effektiver arbeiten, also mehr Strom in Licht umwandeln (Angabe Lumen pro Watt, lm/W).

Benötigte Vorschaltgeräte sind bereits im Preis enthalten (teilweise ja auch in den Lampen schon fest integriert, teilw. extern). Bei den Preisen für Anschaffung und laufende Stromkosten sollte man natürlich noch die Lebensdauer der jeweiligen Lampe berücksichtigen! Dazu ganz unten noch ein sehr anschauliches Beispiel.

Eta ist der Wirkungsgrad (Eta = griechischer Buchstabe für den Wirkungsgrad (Auggangsleitung / Eingangsleistung))

Lichtquelle



Funktion / Eigenschaften



Eta



Lumen pro Watt

Lebensd.



Kosten pro 100 Watt


Stromk. pro 24 Std.


Glühlampe


















ein Glühfaden (Wolfram) wird mit Strom durchflossen, wobei er beginnt zu leuchten. Sofort volle Helligkeit. Eigentlich nur für gebündeltes Licht geeignet. Der Glühfaden selber ist in einem luftleeren Raum. Die letzten Glühlampen (Produktion um 2000 und später) wurden auch mit einem Schutzgas gefüllt. Temp. im Innern bis über 2000 Grad. Wird heute im Wohn und Gewerbebereich immer weniger eingesetzt. Produkt läuft aus. Üblicherweise umweltunproblematisch (wenn man vom schlechten Wirkungsgrad absieht).








5%



















10 lm/W



















1000 h



















1,50 Euro



















 0,60 Euro



















Halogen(glüh)lampe









wie Glühlampe. Sofort volle Helligkeit. Eigentlich nur für gebündeltes Licht geeignet. Jedoch wird ein Halogen als Füllung verwendet, welches den Wolframfaden schützt und gleichzeitig die Lichtausbeute verbessert. Wird heute noch gelegentlich in Arbeitsplatzbeleuchtung, teilw. auch in Wohnraumbeleuchtung, sowie oft noch in Fahrzeugen als Fahrlicht eingesetzt. Umweltunproblematisch, ausser schlechter Wirkungsgrad.



10%









20 lm/W









4000 h









3,- Euro









0,30 Euro









SIP Lampe /
Ewigkeitsglühbirne



















SIP Abkürzung unbekannt. Aufbau ähnlich wie Glühlampe, jedoch mit integriertem Vorschaltgerät. Praktisch sofort volle Helligkeit. Wird auch als SIG Lampe bezeichnet (SIG = SIGnal). Lampe findet oft in Ampeln Verwendung, und hat eine sehr hohe Lebensdauer, aufgrund des Vorschaltgerätes, welches den Glühwendel vor jeglichen Stress schützt. Wird auch als Ewigkeitsglühlampe bezeichnet. Umweltunproblematisch, ausser schlechter Wirkungsgrad.










10 - 15 %




















20 lm/W




















12000 h




















unbekannt.




















unbekannt.




















Leuchtröhre













Gasentladungslampe, hier Kaltkathodenlampe. Praktisch sofort volle Helligkeit. Mit Quecksilberdampf, oder je nach Farbton auch mit anderen Gasen gefüllt, welches durch hohe (mehrere hundert Volt bis 1000 V) Zündspannung zum leuchten gebracht wird. Einsatz meist als kurze (max. 30 cm) recht dünne (meist deutlich unter 8mm) Leuchtstäbe, z.B. als Hintergrundbeleuchtung in Notebooks und vergleichbaren Geräten. Leider Umweltproblematisch.







20%













40 lm/W













5000 h













unbekannt













unbekannt













Kompakte Leuchtstoffröhre

Gasentladungslampe, Prinzip und Funktion ähnlich wie bei der Leuchtröhre und Leuchtstoffröhre. Wird auch als Energiesparlampe bezeichnet. Üblicherweise nach einigen Sekunden volle Helligkeit. Hier wird jedoch keine Kaltkathode, sondern eine Glühkathode als Zündhilfe verwendet. Auf diese Weise ist üblicherweise eine kleinere Zündspannung erforderlich. Energiesparlampen haben normalerweise immer eine recht kleine, kompakte Bauform, ähnlicher einer Glühlampe. Wird heute häufig bei div. Beleuchtungen eingesetzt. Leider umweltproblematisch.

25%

50 lm/W

5000 h

40,- Euro.

0,12 Euro

Leuchtstoffröhre

Gasentladungslampe, Prinzip und Funktion ähnlich wie bei der Leuchtröhre und Energiesparlampe. Meist nach einigen Sekunden volle Helligkeit. Hier wird jedoch keine Kaltkathode, sondern eine Glühkathode als Zündhilfe verwendet. Auf diese Weise ist üblicherweise eine kleinere Zündspannung erforderlich. Große lange Röhren könnten sonst meist auch gar nicht gestartet werden. Wird heute überwiegend in gewerblicher Beleuchtung eingesetzt. Umweltproblematisch.

30%

60 lm/W

7000 h

40,- Euro.

0,10 Euro

LED









pn (pos. neg.) Halbleiterdiode. Elektronen wandern durch die aus Gallium (Metall mit sehr niedrigem Schmelzpunkt von rund 29 Grad, und sehr hohem Siedepunkt von über 2200 Grad) bestehende Übergangsschicht, und senden dort Licht aus. Sofort volle Helligkeit. Wird heute mehr und mehr in jeglicher Beleuchtungsart eingesetzt. Keine bekannte Umweltbelastung.



35%









70 lm/W









40000 h









150,- Euro.









0,08 Euro









Induktionslampe




















Gasentladungslampe, Aufbau prinzipiell ähnlich wie Leuchtröhre, Energiesparlampe, Leuchtstoffröhre. Meist nach einigen Sek. volle Helligkeit. Keine Elektroden in der Lampe. Die Energie welche das Gas im Innern zum Leuchten bringt, wird induktiv mit einem speziellen Vorschaltgerät übertragen. Damit sind z.B. keine direkten Kontakte / Leitungen am Leuchtmittel erforderlich (Prinzip Trafo). Wird meist nur im Bereich von Straßenlampen eingesetzt. Bedingt Umweltproblematisch.










40%




















80 lm/W




















50000 h




















110,- Euro




















0,07 Euro




















Natrium Dampflampe
Gasentladungslampe. Strom durchflossene Elektroden (Kontakte im Innern) bringen Hilfsgas Neon zunächst zum leuchten. Zündspannung bis zu 5000 V nötig, bei Hochdruckversion, bei Niederdruckversion ca. 1000 V. Dies bringt nun das "weiche" Metall Natrium in den gasförmigen Zustand, und damit auch zum leuchten. Volle Helligkeit nach ca. 2 Min. Bedingt durch die Eigenschaften von Natrium wird ein extrem einfarbiges, oranges Licht ausgesendet, welches jedoch sehr hell ist. Einsatz im Theater, Film, Dunkelkammer, Straßenlicht. Offenbar umweltunbedenklich. 
60 % 150 lm/W und mehr 30000 h 60,- Euro 0,02 Euro
HQL Lampe
Gasentladungslampe. Halogen Quecksilber Lampe. Stromdurchflossene Elektroden bringen das Quecksilber zum verdampfen und damit zum leuchten. Oft wird ein zusätzliches Gas im Innern verwendet, um die Lichtfarbe zu verbessern. Volle Helligkeit nach ca. 2 bis 3 Min. Lichtfarbe ohne Hilfsgas bläulich, mit kann auch fast weisses Licht erreicht werden. Gute Lichtausbeute. Lebensdauer ist vom Lampentyp abhängig. Umweltbedenklich.
ca. 30% 30 bis 60 lm/W ca. 20000 h ca. 20,- Euro 0,10 Euro

Nochmal; bei den Preisen für Anschaffung und laufende Stromkosten sollte man natürlich noch die Lebensdauer der jeweiligen Lampe berücksichtigen!

Beispiel zur Kostenanalyse einer Glühlampe
Eine 100W Glühlampe kostet angenommen 1,- Euro.
(Hinweis; normalerweise kann/darf man die heute nicht mehr kaufen, da verboten).
Lebensdauer = 1000 Stunden.
Stromkosten 1000 Stunden 100 kWh (100 W = 0,1 kW x 1000 Stunden = 100 kWh).
25,- Euro an Stromkosten, in diesen 1000 Stunden, bei 0,25 Euro pro kWh Strompreis.
In 1000 Stunden verursacht eine 100W Glühlampe also rund 26,- Euro Kosten (Lampe und Stromkosten).
JETZT, nach 1000 Stunden ist das Lebensende der Glühlampe erreicht.
In 10000 Stunden verursacht eine 100W Glühlampe also rund 260,- Euro Kosten (Lampe und Stromkosten).
In 40000 Stunden sind es dann 1040,- Euro an Kosten (Lampe und Stromkosten).


Beispiel zur Kostenanalyse einer LED (im direkten Vergleich zur Glühlampe)
Eine 10W LED Beleuchtung entspricht einer 100W Glühlampe, was die Helligkeit angeht.
Eine 10W LED Beleuchtung kostet realistisch 20,- Euro (ca. 150,- pro 100 Watt / 10, plus Aufschlag Kleinleistung).
Lebensdauer = 40000 Stunden.
Stromkosten 1000 Stunden 10 kWh (10 W = 0,01 kW x 1000 Stunden = 10 kWh).
2,50 Euro an Stromkosten, in diesen 1000 Stunden, bei 0,25 Euro pro kWh Strompreis.
In 1000 Stunden verursacht eine 10W LED also rund 22,50 Euro Kosten (Lampe und Stromkosten).
Lebensende der LED nach 1000 Stunden lange nicht erreicht.
In 10000 Stunden verursacht eine 10W LED also rund 45,- Euro Kosten (Lampe und Stromkosten).
In 40000 Stunden sind es dann 120,- Euro an Kosten (Lampe und Stromkosten).

Erst JETZT, nach 40000 Stunden ist das Lebensende der LED Lampe erreicht.

Das obige Rechenbeispiel zeigt also deutlich, dass sich auch hohe Anschaffungskosten mehr als lohnend bezahlt machen, aufgrund des geringeren Verbrauches (hier Strom) und der längeren Lebensdauer. In diesem Beispiel muss man sogar noch bedenken, dass während der Lebensdauer der LED die Glühlampe 40x hätte ausgetauscht werden müssen, was einen nicht unerheblichen Comfortverlust bedeutet, und somit schlicht "lästig" ist.

Fazit im Vergleich "Glühlampe gegen LED": bei gleicher Helligkeit nur rund 12% der Gesamtkosten (LED incl. Stromkosten), praktisch keine Wärmeentwicklung (damit keine Brandgefahren), 40 mal längere Lebensdauer der LED (damit Comfortgewinn).


So, weiter möchte ich dieses Thema aktuell nicht ausführen. Für Fehler und auch jeden anderen Hinweis bin ich jedoch dankbar. Siehe Kontaktformular .