Lichtausbeute (lm/W)

📖 Kurzdefinition:

Die Lichtausbeute (englisch: luminous efficacy) gibt an, wie effizient ein Leuchtmittel elektrische Energie in sichtbares Licht umwandelt. Sie wird inLumen pro Watt (lm/W) gemessen. Je höher die Lichtausbeute, destoenergieeffizienter ist das Leuchtmittel. LEDs haben mit 80-200 lm/Wdie höchste Lichtausbeute aller gängigen Leuchtmittel.

Was ist Lichtausbeute?

Die Lichtausbeute beschreibt das Verhältnis von abgegebenem Lichtstrom(Lumen) zuraufgenommenen elektrischen Leistung (Watt).

Formel:

η = Φ / P

η (eta) = Lichtausbeute (lm/W)
Φ (Phi) = Lichtstrom (lm)
P = Elektrische Leistung (W)

→ Beispiel: LED mit 800 lm bei 10 W → η = 800 / 10 = 80 lm/W

Lichtausbeute vs. Wirkungsgrad

Lichttechnische Effizienz

• Bezieht sich auf sichtbares Licht
• Einheit: lm/W
• Praktisch relevant für Beleuchtung
• Berücksichtigt spektrale Empfindlichkeit des Auges

Wirkungsgrad (%)

Physikalische Effizienz

• Bezieht sich auf gesamte Lichtleistung (inkl. unsichtbares Licht)
• Einheit: %
• Theoretisch korrekt, aber weniger praktisch
• LED: ~40-50% Wirkungsgrad

💡 Unterschied:

Lichtausbeute (lm/W) ist für die Praxis wichtiger, weil nur sichtbares Licht zählt. Ein rotes LED kann physikalisch effizienter sein, aber weniger lm/W haben (weil das Auge Rot schlecht sieht).

Vergleich verschiedener Leuchtmittel

Leuchtmittel	Lichtausbeute (lm/W)	Effizienz vs. Glühbirne	Bemerkung
Glühbirne (25-100W)	10-15 lm/W	1×	Seit 2012 EU-verboten (ineffizient) 95% der Energie wird zu Wärme!
Halogenlampe (230V)	15-25 lm/W	~2×	Etwas effizienter als Glühbirne Seit 2018 EU-verboten (R7s ab 2023)
Halogenlampe (12V)	20-30 lm/W	~2,5×	12V-Halogen etwas effizienter Verlusten durch Trafo beachten!
Energiesparlampe (Kompaktleuchtstoff)	50-70 lm/W	~5×	Erste effiziente Alternative Lange Startzeit, Quecksilber!
Leuchtstoffröhre (T8)	60-80 lm/W	~6×	Klassisch in Büros/Industrie Wird durch LED-Röhren ersetzt
Leuchtstoffröhre (T5)	80-100 lm/W	~8×	Dünnere, effizientere Version Quecksilber, Entsorgung aufwändig
Natriumdampf (Hochdruck, HPS)	80-120 lm/W	~9×	Straßenbeleuchtung (gelbes Licht) Wird durch LED ersetzt
LED (Standard)	80-120 lm/W	~9×	Aktueller Standard Lange Lebensdauer, kein Quecksilber
LED (High-End)	150-200+ lm/W	~15×	Top-Effizienz! Professionelle Leuchten, teurer

✓ Fazit:

LEDs sind 8-15× effizienter als Glühbirnen!
Eine 10W LED ersetzt eine 100W Glühbirne → 90% Energieeinsparung!

Faktoren die die Lichtausbeute beeinflussen

Bei LEDs:

1. LED-Chip-Qualität

Premium-Chips (z.B. Cree, Nichia, Osram) haben höhere Lichtausbeute (150-200 lm/W) als Billig-Chips (60-80 lm/W).

2. Temperatur (Wärmemanagement)

Höhere Temperatur → niedrigere Effizienz
Gute Kühlung (Kühlkörper) ist entscheidend! Bei 80°C kann Effizienz um 20% sinken.

3. Stromstärke (Überstrom)

Überstrom reduziert Effizienz!
LED bei halber Nennleistung betreiben → höhere lm/W (aber weniger gesamt-Lumen)

4. Farbtemperatur

Kaltweiß (5000-6500K) effizienter als Warmweiß (2700K)
→ Kaltweiß: 120-200 lm/W
→ Warmweiß: 80-150 lm/W
(Grund: Spektrum, Phosphor-Verluste)

5. Farbwiedergabe (CRI/Ra)

Hoher CRI → niedrigere Effizienz
→ CRI 80: 100-150 lm/W
→ CRI 95: 80-120 lm/W
(Grund: Mehr Phosphor für bessere Farbwiedergabe)

6. Treiber (Netzteil)

Treiber-Verluste: 5-15%
Gute Treiber (Wirkungsgrad >90%) minimieren Verluste

7. Optik & Linsen

Verluste durch Reflexion/Absorption: 5-20%
Leuchte mit guter Optik: >90% Licht-Transmission

Lichtausbeute: Leuchtmittel vs. Leuchte

⚠️ Wichtiger Unterschied:

Man unterscheidet zwischen:

1. Lichtausbeute des Leuchtmittels (LED-Chip):
Nur der LED-Chip selbst → 150-200 lm/W (High-End)
2. Lichtausbeute der Leuchte (gesamte Leuchte inkl. Gehäuse, Optik, Treiber):
Immer niedriger! → 80-150 lm/W
(Grund: Treiber-Verluste 10%, Optik-Verluste 10-20%)

→ Datenblatt prüfen: "Leuchten-Effizienz" ist entscheidend, nicht Chip-Effizienz!

Praktische Bedeutung für Stromkosten

💰 Kostenvergleich (800 Lumen, 3000 Std./Jahr, 0,30€/kWh):

Leuchtmittel	Leistung	Stromverbrauch/Jahr	Kosten/Jahr	10 Jahre
Glühbirne (12 lm/W)	67W	201 kWh	60,30€	603€
Halogen (20 lm/W)	40W	120 kWh	36,00€	360€
Energiesparlampe (60 lm/W)	13W	39 kWh	11,70€	117€
LED (100 lm/W)	8W	24 kWh	7,20€	72€

→ Einsparung LED vs. Glühbirne: 531€ über 10 Jahre (pro Leuchtmittel)!
→ Bei 20 Leuchten im Haus: 10.620€ Einsparung!

Lichtausbeute und Umwelt

🌍 CO₂-Einsparung:

Höhere Lichtausbeute = weniger Stromverbrauch = weniger CO₂-Emissionen

Beispiel (800 lm, 3000 Std./Jahr):
• Glühbirne (67W): ~101 kg CO₂/Jahr (bei 0,5 kg CO₂/kWh)
• LED (8W): ~12 kg CO₂/Jahr
→ Einsparung: 89 kg CO₂/Jahr pro Leuchtmittel!

Maximale theoretische Lichtausbeute

🔬 Physikalisches Limit:

Die theoretisch maximale Lichtausbeute hängt vom Spektrum ab:

Monochromatisches grünes Licht (555 nm): 683 lm/W
(Maximum der V(λ)-Kurve, Auge ist hier am empfindlichsten)
Ideale weiße Lichtquelle (alle Wellenlängen): ~250-400 lm/W
(Abhängig von Farbtemperatur und CRI)
Aktuelle High-End-LEDs: 200-220 lm/W (Labor)
(Bereits ~50-60% des theoretischen Maximums!)

→ LEDs sind bereits nahe am physikalischen Limit! Weitere Steigerungen werden immer schwieriger.

Tipps für maximale Effizienz

✓ 1. Hochwertige LEDs kaufen

Marken-LEDs (Philips, Osram, Nichia) haben oft 20-30% höhere Lichtausbeuteals Billig-LEDs → langfristig günstiger!

✓ 2. Kaltweiß wählen (wenn möglich)

Kaltweiß (5000K): 120-200 lm/W vs. Warmweiß (2700K): 80-150 lm/W
Für Arbeitsbereiche, Industrie, Lager → Kaltweiß spart 20-30% Energie

✓ 3. CRI nicht übertreiben

Für normale Wohnräume reicht CRI 80-85 → höhere Effizienz
Nur bei Kunst, Mode, Medizin: CRI >90 nötig (niedrigere Effizienz)

✓ 4. Gute Kühlung sicherstellen

LED-Spots mit gutem Kühlkörper → länger effizient
Vermeiden: LED in geschlossenen, schlecht belüfteten Leuchten

✓ 5. Helle Raumfarben

Hoher Reflexionsgrad (helle Wände/Decke) → weniger Leuchten nötig → indirekt höhere "System-Effizienz"

Lichtausbeute (lm/W)

Was ist Lichtausbeute?

Formel:

Lichtausbeute vs. Wirkungsgrad