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Licht-Innovation in der Klassischen
Lampentechnologie
EAA Kolloquium an der
am 25. Oktober 2012
Dr.-Ing. h.c. Franz-Josef Bierbrauer
EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Efficiency
• Lighting accounts for 19% of global electricity consumption
• 2651 TWh were used for lighting in 2005 (=consumption of Japan and China)
• It would be technically feasible to save about 50% of this energy
• Then, 460 Million Tons of CO2 would not be emitted into the atmosphere
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 2
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Vorträge und Diskussionen wie das
EAA Kolloquium sollen einen Wechsel
der Perspektive ermöglichen.
Es geht darum, im Austausch miteinander
den Horizont zu erweitern,
Querbezüge zu erkennen und Inspiration
zuzulassen.
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 3
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Technologie-Fortschritt in der Lichterzeugung ermöglicht eine
sprunghafte Entwicklung: LED – OLED – Plasma-Lampen.
Neues Umweltbewusstsein und Europäische Gesetzgebung
beschleunigen die Marktdurchdringung.
Neue Marktstruktur mit neuen Marktteilnehmern
wie Hersteller, Distributoren in einer neuen Wertschöpfungskette.
Neue Anwendungen und Lichtwirkungen, visuell emotionell und
biologisch.
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 4
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Der Technologie-Wandel aus geschichtlicher Sicht
Öllampen, Fackeln und Kerzen werden bis ins 19. Jh. verwendet, riechen
unangenehm und sind zudem wegen der offenen Flamme gefährlich.
Erst 1783 wird aus Steinkohle das "Leuchtgas" für die Gaslaternen
gewonnen.
Im gleichen Jahrhundert gibt es Experimente mit Petroleum und erste
Versuche mit elektrischen Bogenlampen.
Aber erst mit dem von Werner Siemens entwickelten Dynamo 1866 kann
Elektrizität wirtschaftlich erzeugt werden.
13 Jahre später beginnt das Zeitalter der elektrischen Beleuchtung mit
Thomas Alva Edisons Glühlampe.
Der die Erfindung des deutschen Uhrmachers Johann Heinrich Goebel
von 1854 zur technischen Reife bringt.
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 5
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Technologiesprung aus heutiger Sicht
Halbleiter wie Transistoren und Dioden arbeiten üblicherweise
im Verborgenen. Die LED strahlen sichtbar, „sehen blendend aus“.
Organische LED stehen als Umwelt – Verbesserer fast täglich
in der Zeitung.
Sie ermöglichen
Schnelle Lichtausbeute Steigerung
Lebensdauererhöhung
Farbdynamik
Miniaturisierung
Umweltverträgliche Materialien
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Die Innovation im Lichtmarkt
EAA Kolloquium
Lichtausbeute Entwicklung
lm/W
LED & OLED
Konventionelle
Lichtquellen
150
Potential
LED
Jahr der Einführung
100
2010
Fluorescent
50
CFL
2006
2005
1938
Halogen
1879
//
1981
2002
1959
OLED
Incandescent
1950
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1996
1990
1990
2020
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Wie entsteht bei einer einzelnen LED weißes Licht?
•Blauer Chip strahlt blaues Licht ab
•Gelber Leuchtstoff im Harz, Silikon oder auf dem Chip konvertiert
ein Teil des blauen Lichts in gelbes Licht
•Die additive Mischung von blau und gelb ergibt weißes Licht
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Ein Blick zurück…
Nicolas Tesla 1891:
Elektrodenlose HF Lampe
Vorgeführt vor dem American Institute of
Electrical Engineers, Columbia College
N.Y. 20. Mai 1891
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Elektrodenlose Lampen heute
Elektrische Energie wird über Antenne eingespeist
Philips Licht QL Lampen- System 1991
GE Genura 1992
Fusion Licht Schwefellampe 1994
Osram Endura 2002
National 2003 12W CFL
Luxim LiFi 2004
Ceravison 2005
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Puls-Plasma-Lampe als Hg-freie Energiesparlampe
Keine Elektroden in der Entladung
Höhere Lebensdauer und beliebige Gasgemische möglich
Schnellstartverhalten
Prototyp der ersten Hg-freien Energiesparlampe (Light+Building 2012)
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Puls-Plasma-Lampe als Beamerlampe
Betrieb der Lampe
Gemessene Leuchtdichte
max. 2 Gcd/m2
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Die ESD-Richtlinie
2006/32/EG - Directive on Energy End-Use Efficiency and Energy
Services
Steigerung der Energieeffizienz und Energiedienstleistungen in den
EU-Mitgliedsstaaten
Marktdurchdringung von energieeffizienten Produkte steigern
Ziele:
 Verringerung des Energieverbrauchs & Umstrukturierung des
Energiemarktes
 Energieeffizienzziele für Mitgliedsstaaten: + 1% Steigerung p.a. über
9 Jahre
 Mitgliedsstaaten müssen nationale Aktionspläne aufstellen und alle 3
Jahre überarbeiten
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Energy Service- und Energy-using Products-Direktive der EU
Energy Services Direktive
 Öffentliche Wahrnehmung / Erziehung
 Vergaberechte
 finanzielle Anreize
Förderung der Nachfrage
Eco Profiles als Einkaufsspezifikation
hoch
ZIEL:
Effizienz,
Lebens-
LED
dauer,
Licht
leistung
niedrig
GLS
Halogen
CFL
HID
FL
Energieeffizienz
+
Beleuchtungsqualität
Eco Profiles zur Festsetzung eines Mindeststandards kontrolliert
durch Marktüberwachung unterstützt durch die Industrie
EuP Direktive  EU Verordnungen
 Verbot / Phase-Out über CE Zeichen
 Energieeffizienz-/Ökodesign-Anforderungen
 Marktüberwachung
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Angebotsbeschränkung
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Häusliche Beleuchtung: Energieeffiziente Technologien
GLS
Alte, ineffiziente Technologie
HAL ES, CFLi, LED
Neue, energie-effiziente Technologie
• höhere Lichtausbeute 12 -15 lm/W
• Lebensdauer 2.000 h
• sehr gute Farbwiedergabe (100)
• Energieeffizienzklasse C (D)
• niedrige Lichtausbeute 10 -13 lm/W
• Lebensdauer 1.000 h
• sehr gute Farbwiedergabe (100)
• Energieeffizienzklasse E - G
• sehr hohe Lichtausbeute > 50 lm/W
• Lebensdauer > 6.000 h
• Farbwiedergabe (>80)
• Energieeffizienzklasse A (B)
2012: ersetzen 60 Watt-GLS
80-100 lm/W; Lebensdauer: > 20.000 h
Jährliche Anzahl verkaufter Glühlampen in Europa:
2,1 Mrd. ermöglichen CO2-Einsparung: 23 Mton / a
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 15
© OSRAM
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Die Innovation im Lichtmarkt
EAA Kolloquium
CO2 - Einsparpotential nach ELC-Vorschlag
Häusliche Beleuchtung: 23 Mton.
40,000
37,0
Gesamte CO2 Emission in Mton.
35,6
35,000
28,9
30,000
25,000
19,5
20,000
13,8
15,000
10,000
60%
Einsparung
5,000
0,000
Today (2007)
Phase 1 2009+
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 16
Phase 2 2011+
Phase 3 2013+
Phase 4 2015+
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Marktstruktur im Wandel
Die konventionelle Lichtindustrie mit ihren Branchen verliert ihre langjährige Grundlage:
•
•
•
•
Vorschaltgeräte Werke für Drosseln
Fassungshersteller für Standard Fassungen E 27, B 15, die GU…
Leuchtenhersteller für klassische Industrieleuchten und Wohnraumleuchten
Elektrogroßhandel für die Verteilung von Elektromaterial und die Versorgung des
Marktes mit Ersatzlichtquellen.
Halbleiterindustrie gewinnt an Bedeutung:
 Halbleiterfabriken stellen in der Epitaxie Wafer her aus Materialien wie Galliumarsenid
(GaAs), Aluminium-Indium-Gallium-Phosphat (AlInGaP)
 Backend Werke schneiden die Wafer, sortieren (Binning) die einzelnen Chips,
kontaktieren (bonden) mit Golddrähten und verpacken in Kleinstgehäusen
 Neue Firmen stellen daraus Module her wie LED Streifen oder Retrofitgeräte
 Elektronikdistributoren wie Conrad, EBV verkaufen die Produkte an die Industrie
und die gewerblichen Anwender
 Baumärkte, Supermarktketten und Online Shops verkaufen die LEDs an private
Endverbraucher.
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 17
UBB Bierbrauer
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Die Innovation im Lichtmarkt
EAA Kolloquium
Visuelle und nicht-visuelle Wirkungen von Licht
LICHT
nicht
visuelle Wirkungen
Visuelle Wirkungen
• Abbildung
• Lichtintensität
• Kontrast
• Muster, Formen
• Bewegung
• Wahrnehmung
• Information
Emotionale
Emotionale
Wirkungen
• direkte biologische
Wirkungen
• Circadianer Rhythmus
• Innere Uhr
• Leistungsfähigkeit
• Hormonproduktion
• Stoffwechsel
• Wohlbefinden
• Komfort
Gute Beleuchtung
• Akzeptanzerfordert die
• Zufriedenheit
richtige Balance
der drei Wirkungen
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 18
UBB Bierbrauer
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Melatonin – Das Signal für Dunkelheit
Zirbeldrüse
• Bei Dunkelheit
schüttet die
Zirbeldrüse Melatonin aus
Suprachiasmatischer
Nucleus (SCN)
Sehzentrum
• Licht unterdrückt die
Ausschüttung von Melatonin
• Licht steuert
den circadianen Rhythmus
Ganglienzellen
in oberen
Halswirbeln
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 19
Retinohypothalamischer
Trakt (RHT)
Rückenmark
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Aussicht für die Lichtindustrie:
LEDs werden zusätzlichen Umsatz schaffen, werden aber nicht komplett die
konventionellen Lichtquellen ersetzen.
Anwendungs- Knowhow und Patente werden entscheidend für das Geschäft
über die gesamte Wertschöpfungskette sein.
Umweltbewusstsein und Europäische Gesetze beschleunigen die
Marktdurchdringung der Lichtinnovationen.
China wird auch weiterhin ausländisches Know-how & IP nutzen und wird
eigenes IP für neue Anwendungen schaffen. Nach Erreichen einer eigenen
starken IP-Position werden die WTO Regeln akzeptiert werden
Licht und Gesundheit wird ein wesentlicher Treiber für neue Geschäfts Möglichkeiten sein
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 20
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EAA Kolloquium
Die Innovation im Lichtmarkt
Danke für Ihre
Aufmerksamkeit!
…und jetzt eine
interessante
Diskussion
| EAA Kolloquium der UniBw | 25. Oktober 2012 | Seite 21
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