Energieoptimierung: Sparsame Dauerbrenner
Kleiner, heller, wirtschaftlicher und haltbarer - die gute alte Glühlampe hat viel Konkurrenz bekommen.
Mit seiner Kohlefadenglühlampe brachte Thomas Alva Edison (1847-1931) Ende des 19. Jahrhunderts Licht in Haushalte, Fabriken und öffentliche Einrichtungen. Rund 120 Jahre später ist die Glühlampe immer noch die beliebteste Lichtquelle, obwohl sie nur etwa fünf Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Licht umwandelt (eine 40-Watt-Birne liefert etwa 11, eine 60-Watt-Birne 14,5 Lumen pro Watt), den Rest in Wärme. Doch das ist nicht das einzige Problem: Der Glühfaden, meist eine Wolframwendel, muss auf rund 2500 Grad Celsius erhitzt werden, damit er sichtbares Licht aussendet, dabei dampft aber Material ab. Das schwärzt nicht nur den Lampenkolben – die wenige hunderstel Millimeter "dicke" Wendel wird nach durchschnittlich tausend Betriebsstunden an manchen Stellen so dünn, dass sie durchbrennt.
Dieses Problem behebt ein Zusatz von Halogen, meist Brom. Er reagiert mit den verdampften Wendelpartikeln zu Wolframbromid, das beim Auftreffen auf den heißen Glühfaden wieder zerfällt, wodurch dieser sich teils regeneriert. Das erlaubt höhere Betriebstemperaturen, damit eine bessere Lichtausbeute (10 Prozent Wirkungsgrad und bis zu 30 Lumen pro Watt) und ein Farbspektrum, das dem von Tageslicht ähnlicher ist als das des "klassischen" Glühlampenlichts.
Neueste Halogenlampen haben eine spezielle Beschichtung des Kolbens, die sichtbares Licht durchlässt, Infrarotstrahlung aber auf die Wendel zurückwirft (so genannte IRC-Halogenlampen bei Osram, Masterline ES bei Philips). Dadurch steigt die Temperatur des Glühfadens ohne zusätzliche Energiezufuhr – vorausgesetzt Kolben und Wendel sind geometrisch exakt gearbeitet. Ergebnis: Die Lichtausbeute wächst um etwa dreißig Prozent. Schon eine 35-Watt-Lampe gibt so viel Licht wie eine herkömmliche 50-Watt-Halogenbirne, bei einer Lebensdauer von etwa 4000 Stunden. Weitere Verbesserungen erhoffen sich die Hersteller von transparenten Keramiken als Ersatz für das Quarzglas des Kolbens – sie könnten mit noch höheren Temperaturen belastet werden und hielten noch länger.
Die wirtschaftlichere Konkurrenz kommt ohne jeglichen Glühdraht aus: Bei Bogen-, Metalldampf- und Leuchtstofflampen entsteht das Licht nach Anregung von Gasmolekülen in einem Elektronen-Ionen-Gemisch (Plasma) bei nur geringem Energieverlust durch Wärme. Die effektivste Lichtquelle scheidet allerdings wegen ihrer schlechten Lichtfarbe für normale Beleuchtungszwecke aus: Hochdruck-Natriumdampflampen strahlen gelbes Licht mit Ausbeuten von über 100 Lumen pro Watt ab. Ihr fahles Licht eignet sich gut, um Bahnanlagen und Fernstraßen zu beleuchten.
Bogenentladungen im Kleinformat erhellen immer mehr Autofahrern den Weg. Nach der Zündung durch einen Hochspannungspuls brennt im xenongefüllten Glaskolben ein millimeterkurzer Dauerblitz. Xenon als Füllgas leuchtet bei mehr als 6500 Grad Celsius heller als das Sonnenlicht, mit einem ins Blaue verschobenen Spektrum.
Sieben Jahre Dauerlicht
Die so genannten Energiesparlampen sind Kompakt-Leuchtstofflampen mit integrierter Zündelektronik. Aus dem Niederdruckplasma im Inneren der Röhre senden angeregte Quecksilberatome UV-Strahlung aus, die von der Leuchtstoffbeschichtung in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Moderne Markenprodukte ähneln in der Lichtfarbe dank ausgetüftelter Phosphorleuchtstoffe immer mehr den Glühbirnen, bieten aber Lebensdauern bis zu 15000 Stunden und Lichtausbeuten von in der Regel 50 Lumen pro Watt. Gegenüber der Glühbirne ist der Verbrauch also um den Faktor fünf reduziert. Da macht sich der höhere Anschaffungspreis schnell bezahlt.
Generell vertragen Leuchtstofflampen ein Ein-und-Ausschalten in kurzen Zeitabständen nicht, denn bei jedem Zünden erodiert die dafür vorgesehene Wendel. "Ein Kaltstart nach 30 Minuten ist für Energiesparlampen kein Problem", erläutert Frank Hohn, Produktmanager bei Osram, "wenn die Zündwendel aber nicht wenigstens 15 Sekunden abkühlen kann, werden die Bauelemente auf der Platine extrem belastet."
Neu sind Hochleistungslampen mit geschlossener Glasröhre, die ohne Elektroden funktionieren und somit fast verschleißfrei sind. Die Energie wird durch magnetische Induktion (Osram Modell Endura) oder per Hochfrequenzantenne (Philips Modell QL) von außen eingekoppelt. Ihre Lebensdauer beträgt 60000 Stunden, das entspricht im Dauerbetrieb knapp sieben Jahren – gegenüber 10 bis 22 Monaten bei herkömmlicher Bauart. Besonders geeignet seien die nicht ganz billigen Systeme vor allem für hohe Räume, etwa in Flughäfen, Industriehallen oder Bibliotheken.
Aus: Spektrum der Wissenschaft 11 / 2001, Seite 81
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
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