Leuchtmittel Teil 4: Energiesparlampen - kühle Effizienz

Lange Jahre war es einfach: Wenn eine Glühbirne kaputt war, kaufte man eben eine neue. Und heute? Die EU hat das Verbot von Glühbirnen beschlossen. Immer neue Leuchtmittel finden den Weg in die tägliche Anwendung: Bei IKEA gibt es Energiesparlampen, der Autoverkäufer wirbt mit Xenon-Licht, im Supermarkt liegen LED-Taschenlampen aus. Wir stellen die wichtigsten Leuchtmittel vor:

• Teil 1: Glühbirnen - Licht durch Wärme
• Teil 2: Halogenlampen - „getunete“ Glühbirnen
• Teil 3: Leuchtstoffröhren - der Büro-Klassiker
• Teil 4: Energiesparlampen - kühle Effizienz
• Teil 5: Metalldampf-Lampen - langsam, aber gewaltig
• Teil 6: Xenonlicht - Tageslicht für Autos und Kino
• Teil 7: Induktionslampen - berührungsloses Leuchten
• Teil 8: LEDs - Licht aus Halbleitern
• Teil 9: Laser - synchrone Lichtstrahlen
• Teil 10: Die Sonne - Kernfusion als Maß der Dinge

Teil 4: Energiesparlampen - kühle Effizienz

Grundlagen

Die so genannten Energiesparlampen sind kompakte Bauarten von Leuchtstoffröhren. (Sie heißen daher eigentlich Kompaktleuchtstoffröhren.) Für sie gelten also dieselben Grundlagen wie für Leuchtstoffröhren.

Energiesparlampen sind ebenfalls Gasentladungslampen: Hier fließt elektrischer Strom durch ein Gas (und nicht durch einen Metalldraht wie bei Glüh- oder Halogenlampen) und regt es zum Leuchten an.

Die Elektronen, aus denen der elektrische Strom besteht, stoßen auf ihrem Weg durch die Leuchtstoffröhre gegen die Gasatome darin. Dabei wird ein Teil ihrer Bewegungsenergie auf die Gasatome übertragen (genauer: auf die äußeren Elektronen der Gasatome. Man spricht dann von angeregten Atomen). Die Gasatome geben diese Energie praktisch sofort wieder ab - und zwar in Form von Licht.

Dieses Licht hat aber nur eine Farbe. Um ein kontinuierliches Lichtspektrum zu erhalten, mit dem man alle Farben sehen kann, ist daher ein weiterer Schritt notwendig:

In der Leuchtstoffröhre der Energiesparlampe wird durch das Leuchtgas zunächst UV-Licht (ultraviolettes Licht) erzeugt. Es ist unsichtbar und energiereicher als sichtbares Licht (bekannt als Verursacher von Sonnenbrand). Das UV-Licht wird nun mit Hilfe eines Leuchtstoffes in sichtbares Licht verschiedener Farben umgewandelt - und erscheint als weißes Licht an der Außenseite der Leuchtstoffröhre.

Allerdings ist das abgestrahlte Lichtspektrum bei handelsüblichen Energiesparlampen nicht kontinuierlich. Es weist Linien und Lücken auf. Während das Licht von Glühbirnen gegenüber dem Sonnenlicht zu mehr Rottönen hin verschoben ist, sind im Licht von Energiesparlampen Blau- und Grüntöne besonders stark enthalten.

Da - im Gegensatz zu Glühbirnen - nur wenig Energie in Wärme umgewandelt wird, steigt die Temperatur von Energiesparlampen auch im Betrieb nur wenig über Zimmer-Temperatur.

Technische Umsetzung

Auch der Aufbau von Energiesparlampen entspricht im Wesentlichen dem von Leuchtstoffröhren. Auch Energiesparlampen bestehen aus einem Glasrohr, das mit Quecksilber und einem Edelgas - zum Beispiel Argon - gefüllt ist. Das Quecksilber gibt bei Stromfluss unter anderem das erwünschte UV-Licht ab (Wellenlänge: 254 Nanometer); das Edelgas erleichtert die Zündung der Gasentladung.

Die Innenseite des Glasrohres ist mit einem Leuchtstoff beschichtet. Dieser wandelt das UV-Licht in sichtbares Licht um (Wellenlängen zwischen 400 und 760 Nanometer). Mit verschiedenen Leuchtstoffen können verschiedene Lichtspektren erzeugt werden - von eher „warmen“ Tönen bis hin zu Sonnenlicht-ähnlichen Spektren.

Das Glasrohr ist bei Energiesparlampen allerdings kürzer und dünner als bei üblichen Leuchtstoffröhren und zusätzlich gebogen, gewendelt oder gefaltet, um die kompakten Abmessungen zu ermöglichen. Außerdem ist der Gasdruck in einer Energiesparlampe höher als in einer Leuchtstoffröhre. Dadurch wird zum einen eine größere Lichtdichte erreicht. Zum anderen ist vor dem Einschalten das Quecksilber größtenteils noch nicht gasförmig. Deshalb erreichen Energiesparlampen ihre volle Leuchtkraft erst nach einer Aufwärmphase, in der das Quecksilber verdampft.

Um den Stromfluss durch die Gasfüllung in Gang zu setzen, ist eine Zündspannung notwendig, die weit über der Netzspannung (220 Volt) liegt. Diese Zündspannung erzeugt ein so genannter Starter. Weiterhin sorgt eine so genannte Drossel dafür, dass der Strom in der Leuchtstoffröhre nach dem Starten nicht zu stark ansteigt. Starter und Drossel sind häufig in einem so genannten Vorschaltgerät zusammen untergebracht. In elektronischer Bauform wird es Elektronisches Vorschaltgerät (kurz EVG) genannt. Elektronische Vorschaltgeräte transformieren außerdem die 50-Hertz-Netzfrequenz auf einige kHertz und betreiben die Leuchtstoffröhre in dieser Frequenz. Starter und Drossel befinden sich bei Energiesparlampen im Sockel – deshalb ist er so groß.

Vorteile

• In handelsüblichen Energiesparlampen werden ca. 15 % der aufgenommenen Energie in sichtbares Licht umgewandelt, und damit 3-mal so viel wie in Glühbirnen. (Die Lichtausbeute liegt bei 40-70 Lumen/Watt). Sie stehen in puncto Effizienz den Leuchstoffröhren nur wenig nach und zählen so zu den effizientesten Leuchtmitteln, die für den Hausgebrauch angeboten werden.
• Dadurch vermeiden Energiesparlampen gegenüber Glühbirnen bei der Stromerzeugung eine Vielzahl von Schadstoffen - von CO2 über Schwermetalle bis hin zu Atommüll. (Sie vermeiden dadurch übrigens auch mehr Quecksilber-Emissionen durch Kohle-Verstromung, als sie selbst enthalten.) 
• Durch Auswahl der Leuchtstoffe können fast beliebige Farben und Spektren erreicht werden.
• Moderne Energiesparlampen erreichen eine Lebensdauer von von 15.000 Stunden (ältere Modelle halten jedoch teils nicht einmal halb so lang). Glühbirnen halten etwa 1.000 Stunden.
• Bei fachgerechter Entsorgung sind die Inhaltsstoffe größtenteils wiederverwendbar.
• Bedingt durch die kleineren Stromstärken erzeugen Leuchtstoffröhren bei gleicher Lichtstärke kleinere niederfrequente (50 Hertz) elektromagnetische Wechselfelder als Glühbirnen.

Nachteile

• Die Soll-Lichtstärke wird erst nach Erreichen der Betriebstemperatur erreicht. Dies kann je nach Modell einige Minuten dauern.
• Billige und / oder alte Modelle strahlen Lichtspektren mit deutlichen Linien und Lücken aus. Das verfälscht die Farbwiedergabe der beleuchteten Umgebung.
• Die Lichtquelle kann nicht so klein begrenzt werden wie bei Halogenglühlampen. Daher sind Energiesparlampen für Projektionen und Spots weniger gut geeignet.
• Bei tiefen Umgebungstemperaturen (zum Beispiel in kalten Kellerräumen oder im Außenbereich) sinkt die Leuchtkraft. Sie ist dann außerdem stark davon abhängig, ob die Lampe senkrecht oder waagerecht angebracht ist.
• Nur wenige Modelle sind dimmbar.
• Der Anschaffungspreis liegt deutlich über dem von Glühbirnen.
• Die Quecksilberfüllung und die Leuchtstoffe sind giftig und daher bei Bruch und Entsorgung der Lampen problematisch. Energiesparlampen sollten daher nur an sicheren Stellen angebracht werden. Außerdem müssen sie nach Gebrauch zum Recycling zu den zuständigen Sammelstellen gebracht oder dort zurückgegeben werden, wo sie gekauft wurden. (Dies ist in der EU-WEEE-Richtlinie geregelt.)
• Das Leuchtgas in einfachen Energiesparlampgen flimmert in der Wechselstromfrequenz des Stromnetzes (50 Hertz). Durch elektronische Vorschaltgeräte, welche höhere Frequenzen erzeugen, sowie durch Leuchtstoffe, die das Licht über einen gewissen Zeitraum verteilt abgeben, lässt sich dieses Flimmern jedoch praktisch vollständig vermeiden.
• Bei einigen Modellen treten Brumm-Geräusche in den Vorschaltgeräten auf.

• Den im Vergleich zu Glühbirnen kleineren niederfrequenten Feldern stehen höherfrequente Wechselfelder (bis 50 kHertz) aus den Vorschaltgeräten gegenüber.

Fazit

Der kleine Bruder der Leuchtstoffröhre ist ein langlebiger Energiespar-Fuchs. Unter Umweltgesichtspunkten ist die Energiesparlampe insgesamt ein erheblicher Fortschritt gegenüber der Glühbirne. Auch finanziell lohnt sie sich trotz höherer Anschaffungskosten. Die erste Generation der Energiesparlampen hat sich jedoch durch Kinderkrankheiten auch unbeliebt gemacht. Brummen, Flackern, "kühles" Licht und lange Aufwärmzeiten sprachen gegen sie. Diese Probleme gelten inzwischen grundsätzlich als gelöst – häufig schon jetzt nur eine Frage des Preises. Nach derzeitigem Kenntnisstand können im Hausgebrauch längerfristig allenfalls LED-Lampen mit den Vorteilen der Energiesparlampen mithalten.