High Power-LEDs Lichtausbeute steigern durch kühlen?

[miki.kunze]

Hi zusammen,

Hat einer von euch schon Erfahrungen mit dem Kühlen von High Power-LEDs gemacht? Theoretisch steigt dann doch die Lichtausbeute an, d.h. dann doch, dass man mit dem gleichen LED-Strom und der gleichen LED mehr Licht erzeugen kann. Wenn man natürlich den Strom zur Kühlung unberücksichtigt lässt.



Mir ist klar, dass man nicht ohne weiteres in die Minus-Grade kommt, aber wenn eine LED mit gut 50° mehr als die Umgebungsteperatur läuft, dann hat man doch laut Grafik ca. 20% Verlust der Lichausbeute.
Wenn man die nun gut kühlt und mit einem Lüfter versieht, dann kann man doch relativ einfach die Wärme abführen und eine starke Erhitzung vermeiden. Es gibt ja unzählige Hochleistungs-Kühler für CPUs und GPUs. Und die produzieren ja um einiges mehr an Abwärme als ne Diode.

Meint ihr der technische Aufwand bringt überhaupt etwas? Hat jemand schon in diese Richtung was ausprobiert und kann von seinen Erfahrungen berichten?

[Carsten]

Die Idee mit der Kühlung ist gut, wenn alles funktioniert. Ein PC Fährt automatisch runter wenn die Kühlung nicht ausreicht. Die LED verreckt.
Ich halte die Lösung über Kühlkörper die zuverlässigere. Mit Lüfter wäre mir das zu wartungsintensiv. Auch die Verschmutzung durch Staub ist ein Problem welches stark sein kann, je nach Umgebung.

Wir haben da mal wegen Wärmeproblemen in eine T5 Lichtanlage Computerlüfter verbaut. Zwar war das Wärmeproblem geringer, aber im Inneren war eine Verschmutzung die schlimmer war als das Wärmeproblem.

[Ragnar Roeck]

Nun, das Datenblatt spricht da eigentlich für sich. Man sollte die Kühlung immer so gut wie möglich gestalten, wer es genau braucht rechnet den Leistungsverlust durch die erhöhte Temperatur dem Verbrauch eines PC-Lüfters (ca. 2W) plus dessen Stromversorgung (Wirkungsgrad) gegen. Bei passiver Kühlung muss man sich mit größeren Kühlkörpern anfreunden, da ist man eher von der Optik, bzw. den mechanischen Gegebenheiten (Lampenschirm/Gehäuse) abhängig.

[miki.kunze]

Mir ist schon klar, dass zusätzlich aktive Kühlung auch Strom braucht. Aber wenn es darum geht ein Maximum an Lich aus den LEDs zuholen, dann wäre dass doch durch eine aktive Kühlung möglich? Oder wäre der Effekt so gering, dass man davon eh nichts hat?

[Ragnar Roeck]

Gehen wir mal davon aus, dass eine passive Kühlung einer grünen LED zu ca. 100 °C Sperrschichttemperatur führt (liegt am verwendeten KK, aber einfach mal angenommen, ist nicht unrealistisch), dann hat die LED ca. 70% ihrer Leistung. Kommt man mit einer aktiven Lösung auf 40° Sperrschichttemperatur, so erreicht man dann ca. 95%. Ob das genug Effekt ist, musst Du für Dich selbst entscheiden.

[unoptanium]

Hi.



Ich bin noch am Überlegen...
Eventuell wollt ich meine LED-Spots im Flur gegen Eigenbau ersetzen.
Da könnte man eventuell mit Wasserkühlung arbeiten und den großen
Teil der Kühlung außerhalb des Sichtbereiches verbauen...

Das wäre geräuschlos und man hätte auch kein Schmutzproblem.
Ich hab jahrelange gute Erfahrungen mit Eheim Pumpen und würde denen
bedingungslos vertrauen. Dagegen sind Lüfter echt kurzlebig.

Klar hat man ein paar Watt Pumpenleistung, aber wenn man dafür die
15 einzelnen Vorschaltgeräte in den Spots loswird, rechnet sich das
vielleicht schon.

Hat sich von euch schon mal jemand mit wassergekühlter LED Beleuchtung
beschäftigt?


Gruß, unoptanium

[miki.kunze]

Wenn mit aktiver Kühlung arbeitet, dann hat man doch eine passive Kühlung plus einen Lüfter. Wenn der Lüfter ausfällt, dann bleibt die passive Kühlung weiterhin bestehen. Den LEDs sollt somit nichts passieren, nur dass sie jetzt wärmer (KK natürlich ausreichend groß) werden und nicht mehr so viel Licht abgeben.

Bin mittlerweilen auch auf die Idee gekommen eventuell die LEDs auf ein Peltier-Element zu setzen... dann sollte man die doch noch kälter bekommen. Hat das schon mal jemand ausprobiert?

[Sailor]

Mit einem Peltier-Element war schon mal eine Diskussion.

Meine Bedenken dazu gelten dem schlechten Wirkungsgrad.

[unoptanium]

Hi.


Also ein Peltier-Element hat einen ganz besch... Wirkungsgrad.
Wenn es irgendeinen Grund gibt, etwas zuverlässig stark zu kühlen,
erschütterungsfest, verschleißfrei und extrem kompakt, dann ist
ein Peltierelement nützlich.

Ein Peltierelement hat (rein Strom-Wärmetechnisch gesehen) einen Wirkungsgrad
um die 50% d.H. pro Watt elektrischer Leistung transportiert es etwa 0,5W
Wärme von der kalten auf die Warme Seite. Der Rest ist Eigenerwärmung, Verluste.
Die Warme Seite gibt also weitaus mehr Hitze ab, als die kalte aufnimmt.

Bei einer Kompressorkühlung sieht das etwas anders aus. Diese kann pro Watt
elektrischer Leistungsaufnahme zwischen 2,5W bei kleinen Geräten bis etwa
5W bei größeren Alagen abtransportieren.

Übrigens wird bei Peltierelementen der maximale Temperaturunterschied
zwischen warmer und kalter Seite angegeben. Das sind meist 50...70°C/K.
Das Gilt aber nur bei 0,0W Wärmeleistung des zu kühlenden Verbrauchers.
Also wird die tatsächliche Differenz bei LEDs entweder recht klein oder die
Anlage würde mit Halogenlampen weniger Strom verbrauchen.



Gruß, unoptanium

[Sailor]

Wenn Platz und Geld für ein Peltier-Element, die Wärmeableitung von diesem und einem Netzteil vorhanden ist,
warum nimmst Du dann nicht einfach einen übergroßen Kühlkörper aus Kupfer?

[miki.kunze]

Ok, technisch ist es möglich, aber effizient ist was anderes. Ich denke, so wie auch Sailor meinte, dass man mit einem großen Kühlkörper bessere Ergebnisse bekommt. Zudem müsste man zuviel Energie aufbringen, die ich in dem Fall auch nicht habe.

Übrigens wird bei Peltierelementen der maximale Temperaturunterschied zwischen warmer und kalter Seite angegeben. Das sind meist 50...70°C/K. Das Gilt aber nur bei 0,0W Wärmeleistung des zu kühlenden Verbrauchers.

Das stimmt so nicht ganz. Das gilt für ein Peltier-Element, aber durch Kaskadierung mehrerer Elemente kann man eine größere Temperatur-Differenz erziehlen. Die arbeiten dann auch effizienter, weil man immer mehr Energie braucht, je größer die Temperatur-Differenz pro Element ist. Aber Kaskadierung sollte man auch erst ab einer Differenz von 50° einsetzen.

[CRI 93+ / Ra 93+]

Wenn man die LED kühlt und sie dadurch heller wird, dann weil die Vorwärtsspannung steigt. D.h. die LED nimmt auch mehr Energie auf, ca. in dem Maße, wie sie heller leuchtet.
Selbst hier kann man sich schon fragen, ob die Energieeffizenz steigt, aber mit Peltier-Element: Forget it!
Man braucht durch diese aufwändige Kühlung nur etwas weniger LEDs für die gleiche Lichtmenge, das steht aber nicht ansatzweise in einem sinnvollen Verhältnis zu dem bisschen, das man für ein paar LEDs mehr bezahlen müsse.