Der Trend der letzten Jahre führt immer mehr dazu, LED Streifen in Wohnungen als primäre Lichtquelle und nicht nur dekorativ einzusetzen.

Diese Beleuchtungsart ist dank der großen Vielfalt an verfügbaren Aluminiumprofilen sehr effektiv und ästhetisch ansprechend.

Eine der Schwierigkeiten, die häufig beim Bau des elektrischen Systems auftreten, besteht darin, Platz für die Installation aller Netzteile zu finden, manchmal sehr vieler, die die LED Streifen mit Strom versorgen. Üblicherweise werden je nach installierter Leistung für jede Zündung ein bis mehrere Netzteile verwendet. Der Standort muss auch berücksichtigt werden, um den Abstand zum Streifen und damit den Spannungsabfall einzudämmen. Ein Doppelzimmer hat leicht 4 oder mehr Netzteile (zwei für die beiden Nachttische, eines für die Primärbeleuchtung und eines für die dekorative Sekundärbeleuchtung).
Bevor Sie die Vorteile der Verwendung von 48V Beleuchtung sehen, sollten Sie einige Merkmale der LED Streifen hervorheben.

Spannungsabfall, LED Anzahl und Effizienz

Um einen LED Streifen auszuwählen, ist es wichtig zu verstehen, wie diese funktionieren und je nach Art des Streifens, was die Stärken und Schwächen sind.

Aus elektrischer Sicht lassen sich die Leisten, abgesehen von der Versorgungsspannung, zunächst in zwei große Kategorien einteilen: mit Spannungs Leistungsregelung (Widerstand) und mit Strom Leistungsregelung (Transistor oder integrierter Schaltkreis). Anschließend werden sie in der Anzahl der LED in Reihe für jeden Stromkreis unterschieden. Bei den 24V Streifen reicht es normalerweise von 6 bis 8 LED (in letzter Zeit auch 9).

Leistungssteuerung in einem LED Streifen

Die meisten LED Streifen werden mit einer Spannungssteuerung hergestellt. Diese Designwahl wird getroffen, um die Endkosten des Produkts zu reduzieren, und in vielen Anwendungen ist sie keine nachteilige Wahl. Aber mal sehen, wie die beiden Versionen funktionieren.

Spannungsregelung

Bei den Streifen mit Spannungssteuerung wird der in den LED fließende Strom und folglich die Leistung durch den Wert des Widerstands definiert, der mit den LED in Reihe geschaltet ist. Der Stromwert ergibt sich nämlich nach dem Ohmschen Gesetz aus der Spannung Vr am Widerstand dividiert durch den Wert des Widerstands selbst. Beispielsweise wird bei einer Spannung am Widerstand von 6 V und einem Widerstand von 100 Ohm ein Strom von 60 mA erhalten.
Bei einem 24V LED Streifen mit 60 LED pro Meter und Schnitt alle 6 LED, unter der Annahme einer Nennspannung der LED (Vf) von 3V, haben wir eine Gesamtspannung an den LED von 3V * 6 = 18V und somit eine Spannung am Widerstand von 24V -18V = 6V. Wenn wir einen 100Ohm Widerstand verwenden, würde ich einen Strom von 60 mA für jeden Schnitt von 6 LED erhalten. Wenn der gewählte Streifen 10 Schnitte pro Meter hat, können wir die Leistung pro Meter berechnen: 60mA*10= 600mA, was 24V*0,6A = 14,4W pro Meter entspricht.
Unter idealen Bedingungen lässt sich daher die Leistung pro Meter des Streifens einfach mit einem einfachen Widerstand einstellen. Leider sind die Dinge in der realen Welt viel komplexer. Der erste offensichtliche Kritikpunkt ist die Hypothese einer 3V Vf der LED. Dieser Parameter hängt tatsächlich vom Produktionslos der LED ab und kann stark variieren. Die LED sind jedoch nach Spannung geteilt und können während der Produktionsphase eine Spannungsgenauigkeit von 0,1V aufweisen (z. B. bei einer Spannung von 2,9 V bis 3,0V).
Dies ermöglicht Ihnen dann, den Widerstand mit einem ziemlich genauen Wert zu kalibrieren. Schade jedoch, dass der LED Spannungswert während des Gebrauchs aufgrund des durch die LED fließenden Stroms und der Temperatur der LED variiert. Der bei der Produktion der LED gemessene und auf der Verpackung angegebene Wert bezieht sich auf die Spannung Vf bei deklarierter Nennleistung. Für led 2835 wird es bei 60mA gemessen.

Diese Variabilität führt daher dazu, dass es unmöglich ist, die genaue Leistung mit diesem Steuermodus einzustellen. Aus diesem Grund sprechen wir von der Nennleistung des LED Streifens und der tatsächlichen Leistung. Bei unseren LED Streifen liegt die Wirkleistung ca. 10% unter der Nennleistung.
Zu diesem Problem, das in der Entwurfsphase schwer zu lösen ist, kommt ein zweites Problem hinzu, das im Wesentlichen mit der Verwendung des LED Streifens zusammenhängt: der Spannungsabfall auf der Schaltung.
Der LED Streifen ist in der Tat ein Stromkreis, der sehr lang sein kann und je nach Stromversorgung sehr hohe Spannungsabfälle aufweisen kann. Der Schaltkreis, auf dem die LED montiert sind, hat Kupferbahnen, die je nach Dicke einen mit der Länge variierenden Widerstand haben. Bei Längen von 5 Metern, einseitiger Stromversorgung und einer Wirkleistung von 13W pro Meter können Spannungsabfälle von 1,5V auftreten. Dieser Spannungsverlust führt zwischen Anfang und Ende des Streifens zu einem Leistungsverlust von 25-30%. Dies bedeutet, dass, wenn der erste Meter Streifen ungefähr 13W verbraucht, der letzte 9,1W verbraucht.
Es liegt also auf der Hand, dass es mit diesem Leistungsregelungsmodus in einem LED Streifen praktisch unmöglich ist, die Leistung einer installierten Leuchte im Voraus festzustellen. Es gibt zu viele Faktoren, die seine wahre Kraft beeinflussen.

Stromkontrolle

Bei den LED Streifen mit Stromsteuerung wird die Schaltung kompliziert, was die Kosten erhöht, aber es ist möglich, sich von allen oder fast allen Problemen zu befreien, die bei der Version mit Spannungssteuerung auftreten. Es liegt nicht im Rahmen dieses Textes zu sehen, wie diese Schaltungen funktionieren und welche Vor und Nachteile die verschiedenen möglichen Implementierungen haben.
Es genügt zu wissen, dass der "aktive" Teil der Schaltung, der den Widerstand ersetzt, in der Lage ist, den durch die LED fließenden Strom zu steuern, unabhängig von der Spannung, die die Reihe von LEDs versorgt. Diese Schaltungen sind offensichtlich nicht ideal und es ist nur notwendig, ein Problem hervorzuheben, das jeder mehr oder weniger hat. Um zu funktionieren, benötigen sie eine ausreichende Spannungsdifferenz zwischen der Stromversorgung und der LED Spannung. Üblicherweise wird mindestens 1V berücksichtigt.
Solange die Versorgungsspannung in diesen Streifen also mindestens 1V höher ist als die der LED, ist der auf den LED zirkulierende Strom immer derselbe wie in der Designphase definiert. Das bedeutet, dass im obigen Beispiel der 13W pro Meter Leiste die Leistung des letzten Meters immer 13W beträgt, obwohl die Versorgungsspannung des letzten Meters nicht mehr 24V sondern ca. 23,5V beträgt.
Der Nachteil dieser Lösung ist die Erhöhung der Kosten. Jede Serie hat anstelle des Widerstands eine Stromregelung.

Anzahl der LED in Reihe und Effizienz

Dieser Designaspekt von LED Streifen ist wenig bekannt, aber, wie wir sehen werden, von extremer Bedeutung, da er die Leistung des Streifens drastisch beeinflusst.
Das erste Merkmal, das bei einem LED Streifen je nach Anzahl der in Reihe geschalteten LED variiert, ist die Effizienz. Wie wir wissen, wird die Effizienz einer Leuchte in Lumen pro Watt gemessen. Bei einem LED Streifen mit 13W pro Meter, 60 LED/m und einer Reihe von 6 LED, die 1400 Lumen pro Meter emittieren, habe ich eine Effizienz von etwas 108 Lumen/W. Dieser Streifen hat 10 Reihenschaltungen pro Meter (60 LED pro Meter geteilt durch 6 LED). Wenn ich den Schaltplan ändere und die LED in Reihe auf 7 bringe, immer 10 Schaltungen pro Meter behalte, bekomme ich einen LED Streifen mit 70 LED pro Meter. Wenn ich den Stromfluss auf den LED gleich halte, bleibt die Leistung pro Meter gleich, immer 13W. Was passiert mit der Effizienz? Der neue Streifen hat 10 LED pro Meter mehr als der alte. Wenn ich bedenke, dass das von den LED abgegebene Licht nur von dem Strom abhängt, der darüber zirkuliert, habe ich, dass der neue Streifen 10/60*100 = 16,6% mehr Licht hat und daher 1630 Lumen pro Meter und eine Effizienz von 126 Lumen/W.
Wenn der neue Streifen 8 LED in Reihe hätte, hätte ich einen LED Streifen von 80 LED pro Meter und eine Effizienzsteigerung von 20/60*100 = 33,3% (144 Lumen/W). Eine unglaubliche Steigerung allein auf Kosten der zusätzlichen LED.
Diese Verbesserungen lassen sich leicht durch Änderung des Schaltplans der Streifen erreichen, haben aber einen unerwünschten Effekt, der berücksichtigt werden muss. Der Spannungsabfall in den LED Streifen mit Spannungssteuerung verursacht einen größeren Leistungsabfall bei gleichem Abfall.
Nehmen wir als Beispiel immer den LED Streifen mit 60 LED/m, 24V, wobei die LED eine Spannung Vf von 2,8 V hat. Um den zu montierenden Widerstand zu berechnen, wenn Sie einen Strom von 60mA auf den LED wünschen, muss ich Folgendes tun: 6 LED*2,8V = 16,8V → 24V - 16,8V = 7,2V → R = 7,2V / 0,06A = 120Ohm.
In der gleichen Art von Streifen, aber mit 70 LED/m haben wir einen Widerstand von: 7 LED*2,8V = 19,6V → 24V-19,6V = 4,4V → R = 4,4V / 0,06A = 73Ohm .
Schließlich haben wir in der Version mit 80 LED/m einen Widerstand von: 8 LED*2,8V = 22,4V → 24V-22,4V = 1,6V → R = 1,6V / 0,06A = 26,6Ohm.
Wie bereits erwähnt, hängt der Strom, der durch die LED fließt, vom Wert des Widerstands und der an ihm anliegenden Spannung ab. Die eben durchgeführten Berechnungen beziehen sich auf den Idealzustand am Anfang des LED Streifens. Wenn wir aufgrund des Spannungsabfalls entlang des Streifens einen Verlust von 1,5V hätten, würde die Leistung des letzten Meters des Streifens je nach Anzahl der in Reihe geschalteten LED erheblich variieren. Tatsächlich sehen wir, dass wir bei 6 LED in Reihe 5,7V am Widerstand haben, anstatt der in der Entwurfsphase berechneten 7,2V. Bei dieser Spannung haben wir also statt 60mA einen Strom von 47,5mA am Widerstand (-21%). Bei der Leiste mit 7 LED in Reihe haben wir 2,9V am Widerstand statt 4,4V berechnet mit einem Strom von 39,7mA (-34%). Bei der Leiste mit 8 LED in Reihe schließlich haben wir 0,1V (!!!) statt 1,6V berechnet mit einem Strom von 4mA (-93%).
Es ist offensichtlich, dass bei diesen Betriebsbedingungen der LED Streifen mit 8 LED in Reihe nicht verwendet werden kann, da der Spannungsabfall seinen Betrieb über große Entfernungen beeinträchtigt. Daraus lässt sich ableiten, dass sehr effiziente LED Streifen mit 8 oder sogar 9 LED in Reihe äußerst empfindlich auf Spannungseinbrüche reagieren und sehr vorsichtig eingesetzt werden müssen. Außerdem müssen sie mit dickeren Schaltungen (höhere Kosten) hergestellt werden, um Spannungsabfälle und damit die damit verbundenen Probleme zu reduzieren.

Schlussfolgerung

Wie wir gesehen haben, sollte ein idealer LED Streifen eine hohe Anzahl von LED in Reihe für jeden Zweig und eine Stromsteuerung haben, um den negativen Effekt des Spannungsabfalls zu eliminieren.

Ein guter Kompromiss wird mit 48V LED Streifen erreicht. Tatsächlich ist es mit dieser Spannung möglich, eine Reihe von 16 LED mit Stromsteuerung herzustellen, um die Ströme bei gleicher Leistung zu reduzieren und somit den Spannungsabfall zu reduzieren. Mit 48V Lösungen ist es möglich, Streifenlängen doppelt so lang wie 24V zu machen und die Kosten des Streifens aufgrund der Stromsteuerung nicht übermäßig zu erhöhen (denken Sie daran, dass für jede Reihe ein Stromkreis benötigt wird und 48V Streifen die Hälfte der Reihe haben im Vergleich zu 24V).
Also gut? Fast das größte Problem, das Sie haben, ist der minimale Schnitt des Streifens, der doppelt so hoch ist wie bei 24V. Glücklicherweise sind LED Streifen mit vielen LED, wie z. B. 240 LED/m, die sogar die Schnittlänge verdoppeln, in Beleuchtungsanwendungen nicht besonders eingeschränkt. Es gibt auch einige Vorsichtsmaßnahmen, die es Ihnen ermöglichen, bei Installationen mit in Gipskartonplatten montierten Profilen nicht durch den Mindestschnitt beeinträchtigt zu werden (verstecken Sie einfach das überschüssige Stück Streifen in der Gipskartonstruktur).

Evolution der Anlagen

Es ist wichtig, einige Überlegungen zur Entwicklung von Beleuchtungssystemen mit 48V Streifen anzustellen.
Eine erste wichtige Änderung des Beleuchtungssystems, die dank der 48V Streifen erreicht werden kann, ist die erhebliche Reduzierung der für ein System erforderlichen Stromversorgungen, die sich in der Schalttafel befinden. Tatsächlich ist es dank 48V denkbar, die Verteilung der Lichtpunkte direkt bei 48V von der Hauptschalttafel aus zu implementieren, ohne sich zu viele Gedanken über den Spannungsabfall und damit den Abstand der Lichtpunkte von der Schalttafel machen zu müssen.
Die Auswahl hängt von den beteiligten Leistungen ab, aber normalerweise übersteigt ein Lichtpunkt in einem Haus 100-150W nicht, was 3A entspricht. Diese Last kann mit einem 1,5mm2 Leiter bewältigt werden, praktisch das, was mit einem 230V Lichtpunkt verwendet worden wäre. Wenn die Leistungen höher sind, wie Sie es vielleicht im Wohnzimmer haben, können Sie einen Leiter von 2,5mm2 oder mehr verwenden (es wird jedoch empfohlen, mehrere Leiter parallel zu verlegen und verschiedene Streifen zu bedienen, auch wenn sie zur selben Leuchte gehören Punkt). Ein weiterer Vorteil liegt in der Verkabelung, die aus 2 statt 3 Leitern besteht (Erde fehlt).
Dieses System ermöglicht es Ihnen auch, die gesamte Hausautomation über Niederspannungsdimmer innerhalb der Schalttafel zu konzentrieren und ein einziges DIN Schienen Netzteil wie das Meanwell xxx-480 zu verwenden. Die Vorteile werden reduziert, wenn das Haussystem keine Hausautomation enthält, bleiben aber dennoch interessant. Sie können die einzelnen Lichtpunkte mit den Befehlen der Haushaltsserie steuern, was eine längere Dauer derselben garantiert und nicht das für Netzteile typische Problem des Anlaufstroms bei der Zündung hat (sogar 60A !!!).
Ein 48V Netzteil kann auch den Verbrauch optimieren, wenn es zur Stromversorgung der Netzwerkgeräte und aller Benutzer verwendet wird, die (durch Auswahl zum Zeitpunkt des Kaufs) mit 48V (POE Netzwerk Switch, VDR, Router usw.) versorgt werden können.
Die 48V Verteilung reduziert auch die durch die 230V erzeugten elektrischen Felder im Haus. Funktion, die manchmal von Kunden angefordert wird.
Der Verfasser ist der Überzeugung, dass eine weit verbreitete Verwendung von Niederspannung für die Heimbeleuchtung zu vielen Vorteilen führen kann, die wichtig werden, wenn Heimautomatisierung zum Steuern von Lichtern verwendet wird.
Es wird einige Zeit dauern, bis Hersteller von Steuergeräten Geräte in ihren Katalog aufnehmen können, die für die Steuerung von 48V DC Lasten geeignet sind, aber das sollte nicht lange dauern. Es gibt bereits Hersteller, die einige Geräte liefern, die mit diesen Spannungen arbeiten können, und andere, die in ihrem Katalog Controller haben, die für 12-24V deklariert sind, aber in Wirklichkeit auch für 48V geeignet sind.
Diese Installationsmethode wurde in einem komplexen Beleuchtungssystem basierend auf 48V CCT LED Streifen mit LED mit hohem CRI und ohne Blauanteil in der 3000K LED verwendet. Alle Lichtpunkte wurden mit 3 Drähten (für die CCT) verdrahtet und zum Beleuchtungspanel (eines pro Etage) gebracht. Die gesamte Leistung wird von 1 oder zwei Netzteilen bereitgestellt, abhängig von der maximalen Leistungsaufnahme der Bodenleuchten. Jeder Lichtpunkt wird daher von einem KNX Dimmer gesteuert. Die Realisierung eines solch komplexen Systems mit anderen Systemen hätte die Installation (mit relativer Suche nach Platz in den Anschlussdosen) von Dutzenden von Netzteilen mit ebenso vielen komplexen Steuerungssystemen (dediziert, Dali oder andere) und eine Zunahme der Verkabelung mit sich gebracht und eine bedeutende Zunahme von Problemen im Laufe der Zeit. Wir wissen, dass jede Komponente, die in das System eingesetzt wird, brechen kann, je weniger Sie einsetzen, desto weniger Teile können brechen.
Die Konzentration der gesamten Beleuchtung im Beleuchtungspanel ermöglicht es Ihnen auch, alle Notbeleuchtungsrichtlinien direkt mit den primären Lichtstreifen direkt vom Panel aus zu verwalten, indem Sie Backup Geräte an den ausgewählten Leuchten einfügen. Es ist auch möglich, die Einfügung des Beleuchtungspanels unter einer möglichen Backup Einheit zu planen, die mit der Photovoltaikanlage mit Speichersystem verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, mit geringem Aufpreis alle Leuchten unter den Backup Stromkreis zu legen.
Der erste Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass alle Lichter von einer Stromversorgung abhängig sind, wenn diese ausbrennt, liegt das ganze Haus im Dunkeln. Glücklicherweise sind diese Geräte sehr leistungsfähig und können in einigen Fällen auch parallel geschaltet werden (und bieten daher eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen Bruch eines Netzteils).