LEDs als Photoelement

Wir verwenden normalerweise LEDs, um aus elektrischer Energie Licht zu erzeugen.

LEDs können aber auch aus Licht elektrische Energie erzeugen. Sie arbeiten dann als Photoelement.

Messungen an LEDs

Wir messen einfach die Wirkung von LEDs, indem wir jeweils eine LED mit einer anderen LED bestrahlen. Verschiedene Farben werden gegenübergestellt. Alle LEDs werden mit etwa 20mA betrieben.

In Bild 1 sind meistens LEDs gleicher Farbe gegenübergestellt. An der Position

• 15 handelt es sich um zwei normale diffuse rote LEDs,

• bei 20 um zwei superhelle rote LEDs,

• bei 45 um zwei infrarote LEDs.

• Bei 50 liegt eine Glühlampe mit 5V/30mA einer infraroten LED gegenüber und

• bei 55 wird eine superhelle rote LED von einer blauen beleuchtet.

Wir messen die Spannung an der beleuchteten LED. Sie wird als Leerlaufspannung bezeichnet, weil dabei kein Strom entnommen wird. Die LEDs können auch Strom abgeben. Ein gutes Maß ist der Kurzschlussstrom.

LED-Typ	Leerlaufspannung / V	Kurzschlussstrom / µA
rote diffuse LED	0,0	0,0
rote glasklare superhelle LED	0,8	31,4
grüne glasklare superhelle LED	2,0	1,6
gelbe glasklare superhelle LED	1,7	0,0
baue glasklare LED	2,4	10,3
weiße LED	1,7	0,0
infrarote glasklare LED	0,8	5,6
infrarote LED an Glühlampe	0,7	0,9
rote superhelle LED an blauer LED	1,4	0,9

Diffuse LEDs ergeben insofern schlechte Werte, als sie Licht in alle Richtungen emittieren und aus allen empfangen.

Besonders wirksam sind glasklare LEDs: superhell rot, blau und infrarot.

Weiße LEDs emittieren alle Farben von rot bis blau. Sie basieren auf blauen LEDs. Durch eine Leuchtschicht wird das Blau in alle Farben des sichtbaren Lichts gewandelt. Wenn Licht auf sie fällt, wird nur einen kleiner Teil der Farbspektrums in elektrische Energie gewandelt, nämlich blau. Einfallendes blaues Licht wird auch nur unzureichend gewandelt.

Wir haben die LEDs wie Lichtschranken betrieben. Wenn wir den Lichtstrahl unterbrechen, geht der Strom durch die empfangende LED zurück.

• Nachmessen.

LEDs zur Messung der Beleuchtung

Wir können LEDs auch zur Messung der Umgebungshelligkeit verwenden. Die gemessenen Werte hängen stark von der Helligkeit ab. Wir untersuchen, welche LEDs zur Messung der Umgebungshelligkeit am besten geeignet sind.

Die folgenden Messungen wurden bei normaler Raumbeleuchtung durchgeführt. Der Kurzschlussstrom war in allen Fällen 0.

LED-Typ	Leerlaufspannung / V
rote diffuse LED	0,15
rote glasklare superhelle LED	0,09
grüne glasklare superhelle LED	0,03
gelbe glasklare superhelle LED	0,02
baue glasklare LED	0,16
weiße LED	0,00
infrarote glasklare LED	0,15

Messung in heller Sonne

LED-Typ	Leerlaufspannung / V	Kurzschlussstrom / µA	Energie / µW
rote diffuse LED	0.65	0.05	0.01
rote glasklare superhelle LED	1.44	0.55	0.20
grüne glasklare superhelle LED	1.90	0.40	0.19
gelbe glasklare superhelle LED	1.91	0.38	0.18
baue glasklare LED	1.15	0.16	0.05
weiße LED	0.32	0.00	0.00
infrarote glasklare LED	0.81	3.54	0.72

Die von einer LED als Photoelement erzeugte Energie ist nicht einfach Leerlaufspannung * Kurzschlussstrom. Bei Leerlaufspannung wird kein Strom entnommen. Die verwendete Energie ist 0, weil der entnommene Strom 0 ist. Beim Kurzschlussstrom ist die Spannung 0 und damit die verwendete Energie auch 0. Die von einem Photoelement erzeugte Energie wird am besten ausgenutzt, wenn der halbe Kurzschlussstrom entnommen wird. Dann ist die Spannung an den Anschlüssen des Photoelements nur die halbe Leerlaufspannung und P_phot = U_leer * I_kurz / 4. Warum das so ist, werden wir später sehen, wenn wir das Ersatzschaltbild eines Photoelements betrachten.

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