Leistungsfaktor und THD bei LED Leuchten: Was Planer wissen müssen

Leistungsfaktor (PF) und Klirrfaktor (THD) stehen auf jedem LED-Datenblatt, finden jedoch selten Beachtung – bis etwas schiefläuft: eine unerwartete Blindleistungsabrechnung auf der Stromrechnung, auslösende Sicherungsautomaten oder ein Kondensatorenbank, die nach einer LED-Umrüstung plötzlich Probleme verursacht. Dieser Leitfaden erläutert, was PF und THD für gewerbliche Anlagen bedeuten, welche Werte Sie anfragen sollten und was vor dem Austausch von Hunderten alter Leuchten durch LED zu prüfen ist.

Was der Leistungsfaktor wirklich bedeutet

Ein elektrischer Verbraucher entnimmt dem Netz Scheinleistung (S, in VA = Volt × Ampere). Nur ein Teil davon verrichtet nützliche Arbeit: die Wirkleistung (P, in W). Der Rest pendelt zwischen dem Netz und dem Verbraucher, ohne in Licht oder Wärme umgewandelt zu werden. Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis:

PF = Wirkleistung (W) ÷ Scheinleistung (VA)

Zwei Faktoren senken den PF einer Leuchte:

• Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom (Verschiebungsfaktor, cos φ). Klassische Magnetvorschaltgeräte waren induktiv; günstige LED-Treiber sind häufig leicht kapazitiv.
• Verzerrter Strom: Treiber ohne aktive Leistungsfaktorkorrektur entnehmen den Strom in kurzen Spitzen statt als gleichmäßige Sinuswelle. Diese Verzerrung wird als THD (Total Harmonic Distortion, Klirrfaktor) gemessen.

Ein hochwertiger LED-Treiber verfügt über eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC), die den Strom nahezu sinusförmig und phasensynchron hält: PF über 0,95 und THD unter 10–15 %. Ein Treiber ohne PFC kann einen PF von 0,5–0,6 und einen THD von 80–150 % aufweisen.

Warum dies in gewerblichen Anlagen relevant ist

Auswirkung eines niedrigen PF / hohen THD	Bedeutung in der Praxis
Höherer Strom bei gleicher Wattzahl	Eine 200W Leuchte mit PF 0,95 zieht bei 230V etwa 0,92 A; mit PF 0,55 zieht sie etwa 1,6 A.
Weniger Leuchten pro Stromkreis	Kabel und Sicherungsautomaten werden für Strom, nicht für Watt dimensioniert. Ein niedriger PF kann die Anzahl der Leuchten pro Stromkreis halbieren.
Verluste und Erwärmung	Überhöhter Strom erwärmt Kabel, Transformatoren und den Neutralleiter.
Überlasteter Neutralleiter	Oberwellen dritter Ordnung aus vielen einphasigen Treibern addieren sich im Neutralleiter eines Dreiphasensystems, anstatt sich aufzuheben.
Blindleistungskosten	Viele Netzbetreiber stellen Gewerbeanschlüssen Blindleistung (kvarh) in Rechnung, die einen Freikontingent überschreitet.
Störungen	Hohe Oberwellen können empfindliche Geräte beeinträchtigen und unerwünschte Auslösungen verursachen.

Bei einer einzelnen Bürolampe spielt dies keine Rolle. Bei einer Lagerhalle mit 300 LED Hallenstrahler auf langen Kabelwegen hingegen schon: PF und THD bestimmen, wie viele Stromkreise benötigt werden, wie aufwendig die Verkabelung ausfällt und was auf der Energierechnung erscheint.

Welche Werte Sie anfragen sollten

Parameter	Empfohlen für professionelle Leuchten	Gesetzliche / normative Referenz
Leistungsfaktor bei Volllast	≥ 0,95	EU Ökodesign-Verordnung 2019/2020: Verschiebungsfaktor ≥ 0,9 für netzgespeiste Lichtquellen über 25W (niedrigere Mindestwerte für geringere Wattzahlen)
THD (Strom) bei Volllast	≤ 10–15 %	EN 61000-3-2, Klasse C (Beleuchtungsgeräte) legt Grenzwerte für Oberschwingungsströme fest
Leistungsfaktor und THD beim Dimmen	Im Treiber-Datenblatt angegeben, z. B. Leistungsfaktor ≥ 0,9 bei 50 % Last	Nicht geregelt; bitte das Datenblatt prüfen
Einschaltstrom	Als Spitzenstrom und Dauer angegeben, zuzüglich Anzahl Treiber pro Sicherungskreis	Erforderlich für die Schaltungsauslegung

Qualitätstreiber von Meanwell, Sosen, Philips, Tridonic oder Osram erreichen typischerweise einen Leistungsfaktor > 0,95 und einen THD < 10 % bei Volllast. Alle LED Hallenstrahler, LED Fluter und LED Flutlichtstrahler in unserem Sortiment sind mit einem Leistungsfaktor > 0,95 spezifiziert. Mehr zum Thema Treiber erfahren Sie unter LED Treiber erklärt.

LED Hallenstrahler mit Sosen- oder Meanwell-Treiber – Leistungsfaktor > 0,95, 1–10V dimmbar, 5 Jahre Garantie:

Das unterschätzte Risiko: Kondensatorbatterien nach einer LED-Umrüstung

Viele Fabriken und Lagerhallen verfügen über eine Kondensatorbatterie zur Blindleistungskompensation. Diese wurde auf die alte Installation ausgelegt: Motoren und Beleuchtung mit Vorschaltgeräten, beides induktive Lasten. Wenn ein Großteil dieser induktiven Beleuchtung durch LED mit hohem Leistungsfaktor ersetzt wird, entfällt die induktive Last – die Kondensatoren bleiben jedoch bestehen.

Die Folge kann eine Überkompensation sein: Die Anlage wird kapazitiv. Das kann zu Folgendem führen:

• Blindleistungskosten für kapazitive (voreilende) Blindleistung, die von manchen Netzbetreibern ebenfalls berechnet wird;
• erhöhter Spannung bei geringer Last, beispielsweise nachts, wenn nur die Beleuchtung in Betrieb ist;
• Resonanz zwischen den Kondensatoren und dem Transformator, verstärkt durch die Oberschwingungen elektronischer Treiber, die Kondensatoren und Treiber beschädigen kann.

Empfohlene Vorgehensweise: Lassen Sie vor einer umfangreichen Umrüstung die vorhandene Kompensationsanlage überprüfen. Automatische (stufige) Kondensatorbatterien passen sich in der Regel durch Abschalten einzelner Stufen an; Festkondensatoren an Beleuchtungskreisen oder alten Vorschaltgeräten sollten entfernt werden. Bei nennenswerten Oberschwingungen sind verstimmte (gefilterte) Batterien die sicherere Wahl. Eine Messung der Energiequalität vor und nach der Umrüstung zeigt, ob eine Anpassung erforderlich ist.

Dimmen und Teillastbetrieb

Der Leistungsfaktor eines LED-Treibers ist in der Nähe seiner Nennlast am höchsten. Wird er stark gedimmt oder betreibt er eine deutlich kleinere LED-Last als vorgesehen, sinkt der Leistungsfaktor und der THD steigt. In der Praxis gilt:

• Wählen Sie Treiber, die zur Wattzahl der Leuchte passen, und keine überdimensionierten.
• Bei Anlagen, die überwiegend gedimmt betrieben werden (Lagerhallen mit Präsenzsteuerung, Sportanlagen im Trainingsbetrieb), sollten Sie den Leistungsfaktor und den THD bei 50 % Last im Datenblatt prüfen.
• Leuchten mit einstellbarer Leistung, die auf die niedrigste Stufe eingestellt sind, verhalten sich wie ein teilweise belasteter Treiber; der Leistungsfaktor bei dieser Einstellung liegt bei Qualitätstreibern in der Regel noch über 0,9.

Mehr zu Dimmschnittstellen erfahren Sie unter 0-10V, 1-10V und TRIAC-Dimmen sowie unter DALI und Lichtsteuerung.

Beispiel: Auswirkung des Leistungsfaktors auf einen Lagerhallen-Stromkreis

Eine Lagerhalle möchte 150W LED Hallenstrahler an 16-A-Stromkreisen (230V) betreiben. Unter der Annahme, dass Kabel und Sicherung eine Dauerlast von etwa 13 A zulassen:

• Leistungsfaktor 0,95: 150W ÷ (230V × 0,95) ≈ 0,69 A pro Leuchte → etwa 18 Leuchten pro Stromkreis.
• Leistungsfaktor 0,60: 150W ÷ (230V × 0,60) ≈ 1,09 A pro Leuchte → etwa 11 Leuchten pro Stromkreis.

Bei 180 Leuchten ergibt das 10 statt 16 Stromkreise, mit entsprechenden Einsparungen bei Kabel, Sicherungen und Installationszeit. In der Praxis setzt häufig der Einschaltstrom eine engere Grenze als der Dauerstrom – prüfen Sie daher stets auch das Treiber-Datenblatt (siehe LED-Leuchte anschließen).

Checkliste für Einkäufer und Installateure

• PF ≥ 0,95 und THD ≤ 10–15 % bei Volllast laut Datenblatt.
• PF und THD bei Teillast, wenn die Anlage häufig gedimmt wird.
• Einschaltstrom und maximale Anzahl von Treibern pro Sicherungsautomat.
• Vorhandene Kondensatorbatterie vor einem umfangreichen Retrofit prüfen.
• Neutralleiter auf Oberwellenströme auslegen – bei Drehstromanlagen mit vielen Treibern.
• Messung der Energiequalität nach der Inbetriebnahme bei Großprojekten.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein guter Leistungsfaktor für LED-Beleuchtung?

Bei professionellen Leuchten sollte der Leistungsfaktor bei Volllast 0,95 oder höher betragen. Werte von 0,9–0,95 sind akzeptabel; unter 0,9 deutet auf einen einfachen Treiber ohne Leistungsfaktorkorrektur hin.

Zahle ich bei einem niedrigen Leistungsfaktor mehr für Strom?

Energie wird nach Wirkleistung (kWh) abgerechnet, sodass ein niedriger PF die kWh nicht direkt erhöht. Bei gewerblichen Anschlüssen kann jedoch Blindleistung (kvarh) berechnet werden, und ein niedriger PF erhöht den Strom, die Verluste sowie die erforderliche Kabel- und Sicherungskapazität.

Was ist THD und warum ist er wichtig?

THD (Gesamtklirrfaktor, engl. Total Harmonic Distortion) gibt an, wie stark der Strom von einer sauberen Sinuswelle abweicht. Ein hoher THD erwärmt Kabel und Transformatoren, überlastet den Neutralleiter in Drehstromanlagen und kann andere Geräte stören. Angestrebt werden sollten 10–15 % oder weniger.

Gibt es einen gesetzlichen Mindest-Leistungsfaktor für LED?

Die EU-Ökodesign-Verordnung 2019/2020 legt Mindest-Verschiebungsleistungsfaktoren für netzgebetriebene Lichtquellen fest, die ab 25W auf 0,9 steigen. EN 61000-3-2 begrenzt die Oberwellenströme für Beleuchtungsgeräte.

Kann ein LED-Retrofit Probleme mit meiner Kondensatorbatterie verursachen?

Ja. Eine Kondensatorbatterie, die auf alte induktive Beleuchtung ausgelegt wurde, kann nach dem Austausch durch hochwertige LED-Leuchten mit hohem PF überkompensieren und die Anlage kapazitiv werden lassen. Lassen Sie die Kompensation vor oder nach einem umfangreichen Retrofit prüfen und anpassen.

Beeinflusst Dimmen den Leistungsfaktor?

Ja. Bei geringer Last sinkt der PF und der THD steigt. Hochwertige Treiber bleiben bei 50 % Last in der Regel über 0,9; prüfen Sie das Datenblatt, wenn die Anlage überwiegend gedimmt betrieben wird.

Wie viele LED-Leuchten kann ich an einen Stromkreis anschließen?

Das hängt vom Strom pro Leuchte (der vom PF abhängt) und vom Einschaltstrom der Treiber ab. Im Treiber-Datenblatt ist angegeben, wie viele Treiber ein Sicherungsautomat schalten kann; verwenden Sie den niedrigeren der beiden Grenzwerte.