Wie LED-Lampen das Stromnetz belasten

Was bedeuten die Begriffe „elektrischer Leistungsfaktor“ oder „Scheinleistung“ bei LED-Lampen? Und wieso sollten Sie einen Dimmer nicht bis zur Maximallast mit vielen LED-Leuchtmitteln im Stromkreis ausreizen?

Stromzaehler-Leistung-neu
Vereinfachte Addition mit verwirrenden Begriffen: Die Scheinleistung muss nicht mit Geldscheinen bezahlt werden – nur die Wirkleistung, die auch von Ihrem Stromzähler gemessen wird. (Foto: W. Messer)

Seit September 2013 müssen LED-Anbieter jede Menge Daten ihrer Leuchtmittel veröffentlichen. Dazu gehört auch der „elektrische Leistungsfaktor“. Meistens lesen Sie da Zahlen zwischen „0,50“ und „0,95“; mein Messgerät hat bei Lampentests auch schon „1,0“ angezeigt. Der österreichische LED-Retrofit-Spezialist LEDON schreibt dazu auf einer neuen Info-Seite:

„Der Leistungsfaktor (Power Factor) drückt das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Leistung des Leuchtmittels (Wirkleistung) und der aus dem Netz entnommenen Leistung (Scheinleistung) aus. Das sich daraus ergebende Verhältnis drückt den Wirkungsgrad des Leuchtmittels aus. Ein hoher Leistungsfaktor steht somit für eine effiziente Nutzung der Energie.“

Heißt das also, dass Sie für eine 230 Volt/10-Watt-LED-Lampe mit Faktor 0,9 weniger Strom bezahlen müssen als für eine gleich starke mit beispielsweise 0,7? Nein, für Ihre Stromrechnung spielt das keine Rolle, und mit der Lichtstrom-/Leistung-Relation oder Lumen/Watt-Effizienz hat das auch nichts zu tun.

Zur Wirkleistung kommt noch die Blindleistung

Tatsächlich sind Wechselstrom-geeignete Retrofit-LED-Lampen mit ihrer Vorschaltelektronik aber prinzipiell ein anderer „Gegner“ für’s Stromnetz als die alten Glüh- und Halogenleuchtmittel. Mit ihrer kapazitiven Last (Kondensatoren) addieren sie geometrisch zur Wirkleistung (Einheit: Watt) noch eine Blindleistung (Einheit: Var). Die existiert auch bei vielen anderen elektronischen Geräten und ist keine LED-Spezialität. Außerdem gibt’s noch jede Menge Verbraucher in Haushalt und Gewerbe mit induktiver Last – beispielsweise Elektromotoren.

Für Ihren Stromversorger heißt das: Er muss die Belastungsfähigkeit seiner Netze mindestens für die gesamte mögliche Scheinleistung (Einheit: Voltampère/VA) auslegen, berechnet Ihnen aber dennoch nur die Wirkleistung und der Stromzähler muss für die Blindleistung blind bleiben. Alles klar soweit?

Sie bezahlen nur den Nennwert

LEDON-5W-Kerze-neu-LabelDer Leistungsfaktor eines LED-Leuchtmittels ist ohnehin keine feste, statische Größe. Er kann sich etwa nach längerer Leuchtdauer verbessern oder (bei Niedervolt-Lampen) durch von Ihnen vorgeschaltete Transformatoren und Treiber verschlechtern. Ob die Wirkleistung nur 50 (Leistungsfaktor 0,5) oder 90 Prozent der Scheinleistung (Faktor 0,9) beträgt – über die Qualität einer Lampe sagt das wenig aus.

Wenn der Hersteller auf seinem EU-Ökolabel ehrliche Angaben über den Kilowattstunden-Verbrauch pro 1000 Stunden Betrieb gemacht hat (im Bild rechts der Packungsaufdruck einer 5-Watt-LEDON-„Kerze“), zahlen Sie auch nur diese kWh – plus eventuell den Eigenverbrauch eines Trafos, der bei 12-Volt-Leuchtmitteln jedoch ohnehin schon laut EU-Vorgabe mit 10 Prozent eingerechnet werden muss.

Update 03.01.: Warum bei Niedervolt/Gleichspannungs-LED-Lampen trotz entsprechender EU-Vorschrift kein seriöser Leistungsfaktor angegeben werden kann, steht jetzt in diesem Beitrag.

Bei Dimmern zählt der Einschaltstrom

Dimmer-DetailWieso raten aber viele Hersteller bei dimmbaren LED-Lampen, die Maximallast eines Dimmers nur zu 20 oder gar 10 Prozent auszureizen? Das würde ja bedeuten, dass Sie an einem 400-Watt-Dimmer (Detailbild links) beispielsweise höchstens fünf 7-Watt-LED-Spots betreiben dürften. So was kann doch nichts mit der relativ geringen Blindleistung zu tun haben! Stimmt, das liegt an einem anderen Effekt.

Wie viele andere elektrische und elektronische Geräte haben LED-Leuchtmittel nämlich einen hohen Einschaltstrom. Sie belasten also das Netz für einen Sekundenbruchteil viel mehr als die offizielle Leistungsangabe – theoretisch kann das über das Zehnfache sein. Auch das ist kein „Fehler“ der LED-Technik. Traditionelle Glüh- und Halogenlampen schaffen als „metallische Kaltleiter“ teils sogar 15fache Einschaltströme.

In der Praxis reichen 75% „Headroom“

So gesehen, hätten Sie an Ihren 400-Watt-Dimmer bisher niemals eine „Glühbirne“ mit 60 Watt anschließen dürfen. Haben Sie aber doch – wahrscheinlich sogar noch mehr, ohne dass was passiert ist. In der Praxis ist beispielsweise bei mir erst dann die Dimmer-Sicherung durchgebrannt, als ich 14 Hochvolt-Halogenspots à 25 Watt (insgesamt 350 W) bei hellster Voreinstellung einschaltete. Jetzt sind LED-Spots mit 5 bis 7 W drin – insgesamt rund 90 W.

Das wäre laut Hersteller-Warnungen immer noch deutlich zu viel, funktioniert aber mit den relativ trägen Dimmer-Sicherungen trotzdem problemlos. Seit der LED-Umrüstung hat bei mir jedenfalls keine den Dienst quittiert. Mein Tipp: Wenn Sie die Maximallast Ihres Dimmers bis zu etwa einem Viertel mit LED-Nennleistung ausnutzen und rund 75% „Headroom“ lassen, dürften Sie auf der sicheren Seite sein.

Häufig ist ja eher die Mindestlast ein größeres Problem bei der Zusammenarbeit zwischen Dimmern und dimmbaren LED-Lampen – aber das ist wieder eine andere Baustelle.

Mehr zum Thema:

Blog-Leserfrage (16): Schummeln LED-Hersteller bei den Watt-Zahlen?

Blog-Leserfrage (17): Kontaktprobleme – zu viel Lötzinn am LED-Lampensockel?

Spannend: Schneller LED-Tod wegen zu viel Volt im Stromnetz?

Ärger mit Dimmer-LED-Lampen? Justieren kann helfen

LED-Lampe und Dimmer: Immer noch kein Traumpaar

Diesen Beitrag drucken

Beitrag teilen:
Facebooktwittergoogle_pluslinkedinmailFacebooktwittergoogle_pluslinkedinmail
Folge mir bei
twittergoogle_plusyoutubetwittergoogle_plusyoutube

15 Gedanken zu „Wie LED-Lampen das Stromnetz belasten

  1. @ Wolfgang:
    Erstmal noch nachträglich ein gutes neues Jahr, vor allem natürlich Gesundheit, der Rest lässt sich richten 😉

    Was mich im Text etwas überrascht hat, ist die Angabe, wonach auch LEDs einen relativ hohen Einschaltstrom aufweisen.
    Hängt dies nicht möglicherweise auch von der jeweiligen Konstruktion ab? Klar könnte man argumentieren, dass dies an den Pufferkondensatoren liegt, die aufgeladen werden müssen. Bei Wikipedia wird unter Kondensator auch beschrieben, dass es Maßnahmen wie Nulldurchgangsschalter gibt, um dies zu umgehen.
    Die Frage ist auch, ob die Kondensatoren solche hohen Schaltzyklen um die 100.000 erreichen würden, wenn der Einschaltstrom bei jedem Einschalten stark erhöht wäre. Ich weiß auch nicht, von welcher Quelle du das erfahren hast, was ich so bisher ebenfalls von Fachleuten gelesen habe, ist eben genau bei LEDs im Gegensatz zu Halogenlampen dieser stark erhöhte Einschaltstrom (der Halogenlampen so ziemlich immer beim Starten ausfallen lässt) wenig bis gar nicht existent.

      • Naja, bei einer Quelle, die Leistungsfaktor mit Wirkungsgrad gleichsetzt, wäre ich generell vorsichtig … 🙂

          • Keine Sorge, das hatte ich auch nicht überlesen 🙂

            Aber ich glaube ich würde das Zitat von LEDON lieber ganz herausnehem, weil es so einfach falsch ist. (Wahrscheinlich war da auch eher die Marketing- anstatt der Fachabteilung am Werk)

            Spontan fällt mir zugegebenermaßen aber auch keine „massentaugliche“ Erklärung zum Leistungsfaktor ein. Allerdings bezweifle ich auch, dass man die überhaupt braucht, denn als Privatkunde muss man sich zum Glück um die Blindleistung ja keine Sorgen machen 🙂

            PS: Schöner Blog übrigens! Ich stelle gerade auf LEDs um und da hilft es sehr, hier vergleichen zu können 🙂

  2. Hallo,
    die im Bild enthaltene lineare Formel würde ich persönlich so nicht stehen lassen. Schließlich vernachlässigt sie die 90° Phasenverschiebung, welche eine vektorielle Addition erfordert.

    Was die Lastart betrifft: Die meisten nicht dimmbaren Retrofit-LEDs, die ich angeschaut habe, stellen tatsächlich eine stark kapazitive Last dar. Beim Einschalten muß erst mal ein Kondensator mit Ladung gefüllt werden. Schaltet man im Netzspannungsnulldurchgang ein, gelingt das unspektakulär. Aber ein normaler Lichtschalter wird unsychronisiert und zufällig betätigt. Da kann man auch mal bei einer höheren Spannung einschalten. Und dann fließen für einige zig µs Ströme im zweistelligen A-Bereich. Der Sicherung (LSS) macht das nichts, aber Schaltkontakte können zusammenschweißen und die Lampe bleibt dauernd eingeschaltet- ein Phänomen das z.B. bei älteren Bewegungsmedeldern auftritt.
    Solche Lampen sollte man nicht an einem Phasenanschnittsdimmer betreiben. Die Bauteile in den Lampen altern dann tatsächlich sehr schnell.
    Bei gut dimmbaren Lampen ist das anders gelöst. Manche verzichten auf die Speicherkondensatoren, andere haben aufwendige aktive Schaltungen, um das Thema Einschaltstrom und Power-Factor zu meistern.

    Die Netzstörungen, die von LEDs ausgehen stammen nicht nur von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Viel schlimmer ist das nichtlineare Verhalten des Stromanstiegs. Da werden unangenehme Transienten generiert. Während die Spannung noch brav sinusförmig aussieht, erinnert der Stromverlauf nur noch sehr entfernt an diese Form. Das macht im Stromnetz verschiedene Probleme.
    Sehr schön kann man dies in den Meßprotokollen des LightSpion sehen. In diesem Meßprotokoll von ELV wird das in der Graphik rechts unten sehr deutlich.
    Auch dimmbare LEDs von LEDON (13W) sind hier keine Saubermänner. Ist auch nicht zu erwarten, denn ordentliche Gegenmaßnahmen sind erst ab ca. 70W vorgeschrieben und hätten in den engen Retrofits keinen Platz – weder geometrisch noch fiskal.
    Das Problem ist nicht auf LEDs beschränkt. Ladegeräte, EVGs, Schaltnetzteile und damit so ziemlich alle modernen elektronischen Geräte machen so etwas.

    • Ja, die Addition ist vereinfacht und geht von einem simplen Mittelwert aus. Da dies aber ein Laien/Amateur-Blog ist, sich hier nur wenige Elektroingenieure tummeln und die Formel populär flächendeckend verwendet wird, war ich mal so frei.

      Die Einschränkungen habe ich ja teilweise schon im Beitrag erwähnt – von wegen „keine statische Größe“. Ich vermute, dass selbst diese Simplifizierungen für manche Leser schon „schwere Kost“ sind. Wer sich detaillierter informieren will, kann ja die zahlreichen Links in meinen Beiträgen anklicken.

      P. S.: Ich habe jetzt mal zur Klarstellung in der Bildunterschrift „einfache“ durch „vereinfachte“ ersetzt.

    • Die lineare Addition ist gerechtfertigt, da die die Anteile phasen- und damit zeitversetzt auftreten (anders als z.B. im vektoriellen Kräftediagramm, wo sie gleichzeitig wirken und man die resultierende Kraft durch quadratische Addition erhält). Über die Zeit integriert entspricht die Scheinleistung daher durchaus etwa derjenigen, die eine gleich hohe Wirkleistung ohne Blindanteil hätte. Der Punkt ist, dass bei der Wirkleistung tatsächlich Spannung am Verbraucher abfällt, während die Blindleistung eher wie ein Hin- und Her-Oszillieren von Strom ohne signifikant höheren Energieverbrauch zu verstehen ist. In etwa so, wie wenn man aus einem Wasserbehälter 100 ml pro Sekunde zieht, gleichzeitig aber das Wasser im Behälter mit im Schnitt 1 Liter pro Sekunde hin- und her schwappt oder rotiert. Klar, jeder Vergleich hinkt… 😉

      • Nönö, Ingo. Bin mir ziemlich sicher, daß Du diesmal suboptimal unterwegs bist:
        Komplexe Rechnung. Wirkleistung auf der Re-Achse, Induktive bzw. kapazitive Lasten auf der Im-Achse => 90° => vektorielle Addition zur Scheinleistung. S^2=P^2+Q^2. Schau Dir mal den http://de.wikipedia.org/wiki/Scheinleistung an, bes. Leistungszeigerdiagramm bei sinusförmigen Größen.
        Im Falle sinusförmiger Größen mit linearen Lasten ist die Wirkleistung dissipativ, während die Blindleistung nur gespeicherte Leistung ist, die wieder zurückfließt, also erst mal nicht dissipativ (außer den Leitungsverlusten). So wie Du es mit dem Wasser beschrieben hast. Gerade der Unterschied zwischen Dissipation und Speicherung führt zur Darstellung mit 90° Phasenverschiebung bzw. Realteil und Imaginärteil, also zur komplexen Rechnung in der Gaußschen Zahlenebene
        Das führt in diesem Fall eben zur vektoriellen Addition.
        Bei den LEDs ist es aber noch viel komplizierter weil nichtlinear. Durch den Gleichrichter fleßt ja keine Energie mehr zurück. Dann rechnet man statt des Wirkfaktors (auch als cos(phi) bekannt) den Leistungsfaktor und die Blindleistung wird zur Verzerrungsblindleistung.
        Hochspannend!

  3. Danke für eure Infos.
    Ist schon nachdenkenswert, wenn man bedenkt, dass so eine Glüh-/Halogenlampe beim Starten kurzzeitig den bis zu 15-fachen Einschaltstrom braucht, dann ergibt das nach vielen Startvorgängen durchaus mal 1 kWh an ‚Startverbrauch‘.

    Zurück zu LEDs: Die dimmbaren Philips MasterLED GU10 4 und 6W (offenbar gibt’s jetzt den 6W Nachfolger mit 5,5W) zeigen ungedimmt übrigens keinerlei Einschaltverzögerung (habe über die Feiertage eine 6W für eine defekte Halogen 50W eingesetzt) und gelten darüber hinaus auch als sehr dimmertolerabel. Das ist also schaltungstechnisch durchaus machbar, nur dass fürs Blog hier bekanntlich Gratis-Testexemplare dieser Philips MasterLED Lampen schwer zu bekommen sind…

  4. Guten Tag hr. Messer,

    auf Grund ihrer manchmal etwas ungelenk, aber nicht unbedingt falsch erscheinenden Annährung an eigentlich klare, technischen Themen würde ich gern wissen, aus welchem Berufszweig sie kommen. Darf ich das?

    Grüße Rene

    • Hihi, „ungelenk“ klingt lustig! Tatsächlich ist mir nicht alles Elektrotechnische so klar wie eventuell Ihnen, weil ich als gelernter Zeitungsredakteur aus einer ganz anderen Ecke komme. Steht alles auf dieser Seite.

      Und vieles formuliere ich absichtlich etwas boulevardesker und laienhafter, weil ich hier primär nicht die Fachleute ansprechen will. Dieses Blog hat sich ja vorwiegend in den letzten vier Jahren deshalb zu dem entwickelt, was es jetzt ist, weil ich als anfänglich kompletter LED-Laie nach und nach dazugelernt habe. Siehe dazu auch dieses Interview für’s „Yello Bloghaus“.

  5. Dass LED-Lampen das Stromnetz belasten, halte ich für eine arge Übertreibung. Denn vom Verbrauch her sind sie als Belastung unerheblich (schon zu Glühlampenzeiten war der Stromverbrauch für Licht bescheiden), und selbst wenn sie die Phase um 90 Grad schieben, ist das nichts. Wesentlich sind nur Großverbraucher wie starke Drehstrommotoren, Geräte mit großen Trafos etc. Letzteres findet man vor allem in der Industrie. Auch der in den 70er Jahren gängige Phasenschiebekondensator bei Leuchtstoffröhren ist bald wieder gestorben, weil praktisch bedeutungslos. Wer hat(te) daheim schon 100e Röhren mit konventioneller Drossel installiert?

    • Bißchen weit hergeholt, diese Kritik, oder? Schließlich ist jeder elektrische Verbraucher im physikalischen Sinn eine „Last“ für das Stromnetz – unabhängig von der jeweiligen Leistung. Das Wort „Belastung“ ist also hier nicht wertend gemeint, wie aus dem Beitrag unschwer hervor gehen sollte (bis auf die Ausnahme „Dimmer-Stromkreise“, wo LED-Lampen wegen ihrer Einschaltstromspitzen tatsächlich unter Umständen eine zu hohe Last darstellen können). Und die Überschrift heißt ja auch nicht „Wie stark LED-Lampen das Stromnetz belasten“.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.