RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen

Der RP-Energie-Blog

Sind energieeffiziente und/oder sehr langlebige Glühlampen technisch möglich?

Rüdiger Paschotta

Glühlampen sind dafür bekannt, dass sie zwar einfach und billig herzustellen sind, leider aber eine extrem schlechte Energieeffizienz aufweisen: Nur der kleinste Teil der eingesetzten elektrischen Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt, der Rest entweicht größtenteils als Wärmestrahlung (Infrarotlicht). Deswegen wird entsprechend mehr elektrische Energie benötigt, um genügend Licht zu produzieren. Die viele Abwärme kann unter Umständen nützlich sein (in der Heizperiode), oft aber auch störend. Dazu kommt, dass bei der nötigen hohen Betriebstemperatur ständig Material abdampft, was zu einer begrenzten Lebensdauer (typisch in der Größenordnung von 1000 Stunden) führt.

Aus diesen Gründen werden Glühlampen zunehmend durch andere Arten von Leuchtmitteln ersetzt, insbesondere durch Leuchtstofflampen (oft in Form kompakter Energiesparlampen) oder Leuchtdioden, die beide sowohl viel effizienter sind als auch viel langlebiger (abgesehen von Ausreißern bei Produkten mangelhafter Qualität).

Nun mag man sich aber fragen, ob mit der heutigen Technologie nicht viel bessere Glühlampen möglich wären, und im Prinzip ist dies tatsächlich der Fall, wie im Folgenden erklärt wird.

Zunächst einmal liegt das grundlegende Problem der Glühlampen darin, dass der sogenannte Emissionsgrad des Glühfadens für weite Bereiche im Infrarot ähnlich hoch ist wie im sichtbaren Spektralbereich; das abgestrahlte Infrarotlicht taugt jedoch nicht zur Beleuchtung, ist also effektiv ein Energieverlust. Helfen würde es also, wenn man ein Material hätte, welches im sichtbaren Bereich einen viel höheren Emissionsgrad hätte als im infraroten Bereich. Diese Eigenschaft findet sich leider nicht bei gängigen Materialien, ist aber möglich für sogenannte photonische Kristalle; das sind mikroskopisch strukturierte Materialien, die sich mit gewissen sehr ausgefeilten Methoden heute herstellen lassen. Damit lässt sich auch ein etwas modifizierter Ansatz verfolgen: Man deponiert auf einem herkömmlichen Glühfaden-Material eine dünne Schicht aus solchem mikrostrukturiertem Material, welches das erwünschte sichtbare Licht durchlässt, Infrarotlicht jedoch zum Glühfaden zurückschickt. Mit diesem Ansatz haben in den letzten Jahren Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) beachtliche Erfolge erzielt – mit einer Energieeffizienz, die immerhin etwa der der schlechtesten LED-Leuchtmittel entspricht. Es ist durchaus denkbar, dass man da sogar noch um einiges weiter kommen wird; man kann mit diversen raffinierten Tricks an dem Problem arbeiten, dass der Emissionsgrad für einen weiten Bereich von optischen Wellenlängen und auch Einfallswinkeln jeweils den gewünschten Grad (hoch im sichtbaren Bereich, niedrig außerhalb davon) annähern sollte.

Eher fraglich ist, ob man solche Strukturen je zu einem Preis wird fertigen können, der für Massenprodukte vertretbar ist. Schließlich wird hierfür eine hoch komplexe Fertigungstechnologie benötigt, die zudem sehr langsam ist: Die sehr teuren Maschinen würden für jedes Lampenexemplar relativ lange belegt, so dass die hohen Kosten auf relativ wenige Exemplare pro Tag verteilt werden müssten. Und letztendlich müssten solche Leuchtmittel natürlich mit alternativen Technologien konkurrieren können – insbesondere mit Leuchtdioden. Das dürfte ziemlich schwierig werden.

Ein ganz anderer Ansatz, der bereits vor Jahrzehnten verfolgt wurde, betrifft die Steigerung der Lebensdauer konventioneller Glühlampen. Es ist schon sehr lange bekannt, dass eine nicht einmal dramatische Senkung der Betriebstemperatur eines Glühfadens die Abdampfrate massiv reduziert und die Lebensdauer entsprechend erhöht. Leider führt dies dazu, dass der Anteil der unerwünschten Infrarotstrahlung noch weiter zunimmt, die Energieeffizienz also noch schlechter wird. Man muss also jeweils einen Kompromiss zwischen Effizienz und Lebensdauer eingehen. Für gewöhnliche Glühlampen (sogenannte Allgebrauchslampen) führt dieser Kompromiss zu einer Lebensdauer in der Größenordnung von 1000 Stunden. Für Sonderanwendungen, insbesondere gewisse Signallampen, nimmt man eine erheblich reduzierte Effizienz in Kauf, um die Lebensdauer erheblich zu steigern. Für den verbreiteten Einsatz bei der Beleuchtung wäre dies aber nicht sinnvoll, weil die erhöhten Stromkosten viel mehr zu Buche schlagen würden als die geringen Einsparungen durch eine entsprechend reduzierte Anzahl von Ersatzlampen. Eine “Ewigkeitsglühbirne” ist also technisch problemlos möglich, wegen ihrer miesen Effizienz aber für normale Anwendungen nicht attraktiv. Gelegentlich auftauchende Behauptungen, man könnte den genannten Konflikt zwischen Effizienz und Lebensdauer mit irgendwelchen einfachen Tricks aushebeln, sind nicht zutreffend bzw. zumindest betreffen das Ausmaß ihrer Wirkung sehr beschränkt. So lässt sich zwar mit Halogenlampen eine etwas höhere Effizienz bei immer noch vernünftiger Lebensdauer erreichen, der genannte Kompromiss aber nicht grundsätzlich vermeiden.

Es spricht also immer noch alles dafür, dass für Glühlampen keine großartige Zukunft zu erwarten ist. Sie werden wohl mehr und mehr vor allem durch Leuchtdioden ersetzt werden, die zu zunehmend tragbaren Kosten produziert werden können und eine viel höhere Effizienz mit einer gleichzeitig sehr viel höheren Lebensdauer verbinden. Zudem bieten ihre sehr kompakte Bauform zusammen mit der begrenzten Menge von Abwärme vielfältige gestalterische Möglichkeiten, die die Designer von Leuchten natürlich gerne ausnutzen. Auch die immer noch nicht idealen spektralen Eigenschaften (die die Farbwahrnehmung von beleuchteten Objekten beeinflussen) können weiter verbessert werden. Es gibt also nicht wirklich einen gewaltigen Anreiz dafür, eine Technologie für massiv bessere Glühlampen zu finden.

Dieser Artikel erschien als Teil des RP-Energie-Blogs von Dr. Rüdiger Paschotta. Sie können Links auf diese Seite setzen, da ihre Adresse permanent ist, und die Seite auch zitieren. Siehe auch das RP-Energie-Lexikon.

Beachten Sie, dass Sie solche Artikel auch in Form eines Newsletters regelmäßig per E-Mail oder mit einem RSS-Feed erhalten können!

Teilen Sie den Link auf diesen Artikel mit anderen: