LED-Beleuchtung Systemlösungen als Lichtquelle der Zukunft

Die diesjährige Light + Building zeigte allen Besuchern deutlich, wohin der Weg in Sachen Beleuchtungstechnik geht. Auf längere Sicht werden sich Leuchtdioden wohl als Standard-Leuchtmittel etablieren. Um den aktuellen Stand der Technik auszuloten, hatte der Distributor Sasco Holz zu einer Expertenrunde mit dem Thema „LEDs helfen Energie einzusparen – sind die Weichen für ein effizientes Design schon gestellt?“ geladen.

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LEDs sind die Beleuchtungsform der Zukunft – darin waren sich alle Diskussionsteilnehmer einig, als es im Rahmen der diesjährigen Light+Building Anfang April um das Thema „LEDs helfen Energie einzusparen – sind die Weichen für ein effizientes Design schon gestellt?“ ging. Die Firma Sasco Holz hatte sieben Experten aus den Bereichen Forschung, Entwicklung, Marketing und Anwendung zum Gedankenaustausch eingeladen.

Welche praktischen Erfahrungen sie mit LED-Installationen bereits gemacht hat, berichtete die Fachberaterin für Innenbeleuchtung, Sabine Schauder: Da die Beleuchtungsstärken erst langsam die für Nutzbeleuchtung nötigen Werte erreichten, habe man sich bisher hauptsächlich auf Projekte zur Effektbeleuchtung und Architektur beschränkt.

Anfängliche schlechte Erfahrungen hätten schnell zu neuen Erkenntnissen über die richtige Handhabung der LED-Beleuchtung geführt. So seien beispielsweise komplett neue Konzepte möglich: „Gleichmäßige Beleuchtung muss nicht zwingend von oben kommen. Wir können beispielsweise die Wände beleuchten, damit ein Raum heller wirkt. Dadurch kommt man zu einer ganz anderen Wahrnehmung des Raumes.“

Dem stimmte Kurt Blessing, Projektleiter Lichttechnik bei der Firma Insta, zu: „Es ist wichtig, neue Akzente in der Beleuchtungstechnik zu setzen. Leuchtdioden geben uns die Möglichkeit dazu. So können wir beispielsweise aktive Lichtwände entwerfen, auf denen sich Lichtspiele, Filme oder auch Informationen abbilden lassen. Dabei geht es nicht um die Substitution herkömmlicher Lichtquellen, sondern darum, neue, flexible Möglichkeiten zu erschließen.“

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Energie sparen und CO2 reduzieren

Über ein Projekt zur Außenbeleuchtung mittels LEDs gab Prof. Ulrich Kuipers vom Fachbereich Elektrotechnik der FH Südwestfalen in Hagen Auskunft. Sein Lehrstuhl war an der Ausstattung zweier Straßen mit LED-Beleuchtung in Düsseldorf beteiligt. Eine wichtige Erkenntnis hierbei war, dass sich gegenüber Na-Dampflampen mit LEDs etwa die Hälfte der Energie einsparen lässt. Dies sei nicht allein dem höheren Wirkungsgrad der LEDs zu verdanken, sondern auch der Tatsache, dass sich das Licht dieser Lampen mit Hilfe günstiger Kunststoff-Optiken gezielter auf die Straße bringen lässt. Dies führe dazu, dass LEDs mit 36 bis 40 W eine Na-Dampflampe mit 75 W ersetzen können – bei gleicher Lichtwirkung.

Zusätzliche Kosten, die durch die Ansteuerelektronik entstehen, sieht er gelassen: „Hier bietet sich vor allem eine Chance. Beispielsweise können wir die Straßenbeleuchtung automatisch herunter dimmen, solange sie nicht benötigt wird. Registrieren die Sensoren Fußgänger oder Autos, kann die Beleuchtung gezielt für den bestimmten Straßenabschnitt hochgefahren werden. Dies spart wiederum Energie – und damit verringert sich natürlich auch der CO2-Ausstoß. Hinzu kommen die geringeren Wartungskosten. Trotz der doppelt so hohen Anschaffungskosten der Prototypen rechnen wir mit einer Amortisation der Investition in etwa zwölf Jahren.“

Zum Thema CO2 stellt sich natürlich die Frage: Welche CO2-Einsparung ist durch LED-Beleuchtung realistisch?

Darauf Prof. Kuipers: „Zumindest für Straßenbeleuchtung lässt sich sagen, dass in Deutschland rund 4000 GWh Energie pro Jahr verbraucht werden. Durch LEDs lässt sich dabei ungefähr die Hälfte einsparen. Für die CO2-Emission bedeutet dies je nach Energiemix eine Reduktion um etwa 1 Mio. Tonnen jährlich. Im Verhältnis zum Gesamtausstoß ist das nicht allzu viel, aber wir erreichen dadurch eine sehr viel höhere Lichtqualität und sparen gleichzeitig.“

Um den aktuellen Stand der Technik und die theoretischen Möglichkeiten von LEDs auszuloten, ging die Frage nach derzeitiger Effizienz und künftiger Machbarkeit an den Physiker Jens Schütte, der bei der Firma CML für das LED-Kalibrier- und Messlabor zuständig ist. Zur Zeit, so Schütte, sind LEDs mit etwa 50 lm/W üblich. Hochstrom-LEDs liefern schon bis zu 80 lm/W, und im Labor lassen sich Werte um die 100 lm/W erzielen. Theoret. Grenze um 200 lm/W. Mit heutigen Werten bereits besser als Glühbirnen etc.

Ein wichtiges Kriterium, betonte Dr. Martin Möck, Application Engineer LED bei Osram Solid State Lightning, sei neben der Helligkeit einer LED auch die Qualität ihrer Farbwiedergabe: „Je nach Anwendung das eine oder andere wichtiger. Quellen mit hoher Helligkeit und schlechter Farbwiedergabe erscheinen dunkler als solche mit guter Farbwiedergabe, die weniger Licht emittieren. Das heißt, bei sehr guter Farbwiedergabe kann man die Beleuchtungsstärke um bis zu 30% reduzieren, wobei die LED ebenso hell erscheint.“

Mut zu neuen Wegen in der Beleuchtungstechnik

Doch wie sehen die zukünftigen LED-Beleuchtungen aus?

Dazu führt Sabine Schauder aus, LEDs hätten gerade da ihre Stärken, wo andere Lichtquellen an ihre Grenzen stießen. So beispielsweise bei niedrigen Temperaturen, aber auch bei hohen Schaltfrequenzen, da diese die Lebensdauer herkömmlicher Leuchtmittel deutlich verringerten, die der LEDs jedoch nicht. Man müsse also andere Denkansätze. Es sei entscheidend, immer die Vorteile für die jeweilige Zielgruppe oder das entsprechende Marktsegment herauszuarbeiten und auch den Mut zu haben, neue Wege bei der Lichtgestaltung zu gehen.

Dazu Kurt Blessing: „Das LED-Licht kann integraler Bestandteil der Einrichtung sein. Beispielsweise in Türen oder Fußbodenleisten. Hier steht der Gedanke eines kompletten Beleuchtungssystems im Vordergrund. Flexibilität ist gefragt, die kleine Firmen oft eher bieten können. Das ist eine große Chance für diese Unternehmen.“

Prof. Kuipers pflichtet ihm bei. Große Unternehmen seien oft zu träge und verließen sich auf ihre aktuellen „Cash-Cows“. Doch „hier gibt es ein großes Potenzial. Nicht nur Lampen und Leuchten werden sich verändern, auch das Licht selbst.“ Beispielsweise, indem sich das Spektrum verändern ließe. Dies brächte wiederum neue Steuerelemente mit sich – neue Lichtschalter.

Auch Martin Möck sieht das so: „Custom-Lösungen sind zunehmend gefragt, und auch kleine Stückzahlen werden mittlerweile bedient. Das Leuchten-Business hat sich total verändert, es ist sehr viel applikations- und problemorientierter.

Mit System zum Ziel

Zur Frage des Ersatzes konventioneller Leuchten sagt Dipl. Ing. Harald Thomas, Marketing Group Manager bei Sasco Holz: „Retrofit – also das einfache Ersetzen der alten Beleuchtungen – ist eigentlich nicht das Ziel, denn das Potenzial der LED wird dabei nicht ausgeschöpft. Es muss mehr gemeinsame Entwicklungen geben – beispielsweise müssen sich LED-, Treiber- und Leuchtenhersteller zusammentun, um ein wirklich effizientes Produkt zu entwickeln, bei dem alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind. Das heißt, Systementwicklungen sind gefragt.“

Leider gebe es bisher aber sehr wenige Ansätze konsequenter Systementwicklungen. Es gebe einige Kooperationen, beispielsweise bei Osram, aber an echter Zusammenarbeit mangele es noch.

Schütte dazu: „Eine reine Substitution der herkömmlichen Leuchtmittel durch LEDs wäre auch energetisch nicht sinnvoll, abgesehen davon, dass sie die Möglichkeiten der LEDs einschränkt.“

Auch Harald Thomas sieht LED-Systeme nicht als Substitution vorhandener Beleuchtung: Es stelle sich die Frage, ob nicht neue Leuchtsysteme als hochwertige Qualitätsprodukte eine langfristige Wertigkeit hätten. Es könne den Markt beflügeln und für kleine Unternehmen eine wichtige Geschäftsgrundlage sein, wenn solche Objekte nicht Wegwerfprodukte seien, sondern auch einen Wiederverkaufswert hätten.

Auf die Frage, welche Rolle Beleuchtungslösungen auf der Basis von OLEDs in Zukunft spielen werden, antwortet Jens Schütte: „Beide Systeme werden sich parallel ergänzen. Beispielsweise könnten OLEDs als flächige Beleuchtung zum Einsatz kommen und LEDs punktuell, da wo hohe Lichtleistung benötigt wird.“

Welche Maßnahmen muss die Industrie ergreifen?

Das Potenzial der LED-Beleuchtung ist also unumstritten. Was aber muss seitens der Industrie passieren, dass sich diese Technik großflächig durchsetzt? Dazu Anton Sonneveld, Product Marketing Manager Optoelectronics beim LED-Hersteller Avago: „Einerseits werden die LEDs immer heller und die Selektionen enger. Doch vor allem müssen wir bessere Pakete schnüren und noch mehr auf die Anforderungen des Beleuchtungsmarktes eingehen. Da sind noch einige Herausforderungen zu meistern.

Insbesondere müsse es auch in der Leuchtenindustrie eine Standardisierung geben, die angibt, wie LEDs im Leuchtenbereich zu verwenden sind und nach denen sich jeder Hersteller richten kann. Dadurch, sagt Sonneveld kämen mehr LEDs in den Markt.

Jens Schütte ergänzt: „Der Fachnormenausschuss Lichttechnik definiert derzeit gemeinsam mit Anwendern und Herstellern Betriebsmessbedingungen für LED-Lampen. Dadurch werden in absehbarer Zeit Standards vorhanden sein, die besagen, wie eine LED-Lampe zu prüfen und zu bewerten ist.“

In ihren Fazit waren sich alle Teilnehmer weitgehend einig: Forschung, Industrie und Designer seien auf dem richtigen Weg, effiziente Designs für LED-Beleuchtungssysteme zu entwickeln, die bisher ungeahnte Möglichkeiten eröffnen. Doch es bedürfe noch einiger Anstrengungen, um alle Möglichkeiten auszuschöpfen. Dazu fehle noch oft „der Teamgedanke in der Industrie“.

Auch gebe es bisher noch zu wenige Lichtplaner, die in der Lage seien, effiziente Systeme zu entwerfen. Doch nach und nach würden sich die Hersteller darauf einstellen und Synergien bilden und nutzen.

Das Bewusstsein für „qualitativ gutes Licht“ müsse zudem gestärkt werden, denn es gehe „nicht um Energieeinsparung um jeden Preis“, sondern vielmehr darum, „zu besseren, intelligenteren Lösungen zu kommen und dabei Energie einzusparen“.

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