Es werde Licht – aber wie?

Die künstliche Beleuchtung ist ein Grundpfeiler der modernen 24-Stunden-Gesellschaft – Tendenz zunehmend. 

Künstliches Licht schafft Orientierung, Sicherheit und Wohlbefinden. Doch es hat auch seinen Preis: In der Schweiz werden knapp 12 % des elektrischen Stroms für die Beleuchtung verwendet. Dies stellt eine Belastung für die Umwelt und den Geldbeutel dar. Mit effizienten Beleuchtungslösungen liesse sich diese Zahl auf ungefähr die Hälfte reduzieren. Doch was ist eine effiziente Beleuchtungslösung? Dies hängt nicht alleine vom Leuchtmittel ab. Die Glühlampen sind seit dem 1. September 2012 europaweit verschwunden und der Verkauf von Halogenlampen ist in der Schweiz seit dem 1. September 2019 verboten, dennoch besteht eine grosse Auswahl an Sparlampen und LED (light emitting diode)-Leuchtmittel. LED wurden während ihres Aufkommens von der Fachwelt als das «Licht der Zukunft», ja sogar als «Lichtrevolution» gepriesen. 

LED setzt sich als Standard durch

LED-Leuchtmittel erreichten 2018 auf dem Schweizer Lichtmarkt einen Anteil von 42,8 %. Dies ist ein beeindruckender Zuwachs von 14,5 Prozentpunkten gegenüber 2017. An zweiter Stelle stehen die weniger effizienten Halogenlampen mit einem Anteil von 39,8 % der Verkäufe. Bei den Halogenlampen ist die Verkaufssteigerung gegenüber dem Vorjahr auf die Liquidation von Lagerbeständen vor dem Inkrafttreten des Verkaufsverbots vom 1. September 2019 zurückzuführen. Diese Zahlen basieren auf einer Analyse des Lichtmarkts Schweiz 2018, die im Auftrag des Bundesamts für Energie durchgeführt wurde.

Ohne Licht kein Leben und keine Orientierung

Menschen nehmen ca. 80 % ihrer Umwelt über das Auge wahr. Licht ist elektromagnetische Strahlung. Das sichtbare Licht umfasst ein relativ kleines Spektrum der gesamten Strahlung, nämlich den Bereich zwischen 380 (violett) und 780 (rot) Nanometern. Darunter befindet sich der Bereich der Ultraviolettstrahlung (UV), darüber der Infrarotbereich (IR). Je nach Wellenlänge erscheint das Licht in unterschiedlicher Farbe. Licht hilft dem Menschen nicht nur, seine Umwelt wahrzunehmen, es beeinflusst auch sein Wohlbefinden und seine Gesundheit. Es nimmt Einfluss auf Stimmungen und steuert die «innere Uhr». 

Eine «gute» Beleuchtungslösung ...

... ermöglicht eine aufgabengerechte Sehleistung, guten Sehkomfort und fördert, bzw. schützt das Wohlbefinden und die Gesundheit.
... verbraucht wenig Energie in der Herstellung und im Betrieb.
... ist ökonomisch interessant (Anschaffungskosten, Lebensdauer, Wartungsfaktor).

Das Spannungsdreieck Ökologie, Ökonomie und Ergonomie gilt es für jede Beleuchtungsaufgabe neu auszuloten. Wo mit Präzisionswerkzeugen gearbeitet wird, gelten andere Anforderungen als im heimischen Wohnzimmer. Wertvolle Kunstwerke verlangen nach einer anderen Beleuchtung als die öffentliche Unterführung. Nicht jedes Leuchtmittel und jede Leuchte eignet sich für jeden Verwendungszweck. Die Stromersparnis, die mit LED realisiert wird, ist beachtlich: Eine LED-Lampe verbraucht bei gleicher Lichtleistung bis zu 90 % weniger Strom.

Drei Methoden der Lichterzeugung

Am Markt ist eine grosse Anzahl unterschiedlicher Leuchtmittel erhältlich. Alle Produkte können drei grundlegenden Lichterzeugungsmethoden zugeordnet werden:

  • Temperaturstrahler
    Glühlampe/Halogenglühlampe
     
  • Entladungslampen
    Sparlampen, Leuchtstofflampen, Metalldampflampen
     
  • Leuchtdioden/LED
    Retrofits (Ersatzleuchtmittel), LED-Module, integrierte Leuchten

LED-Produkte und Anwendung

LED-Beleuchtung ist dort wirtschaftlich und attraktiv, wo ihre einzigartigen Vorteile zur Geltung kommen: sofort volles Licht, «unbegrenzt» schaltbar, gerichtetes Licht, sehr lange Lebensdauer, geringer Wartungsaufwand, keine Wärme im Lichtstrom, verlustarme Dimmung, klein in der Dimension, ultraviolettfreies Licht und Farbmodulation. 

Die LED-Lichttechnologie resultiert aus dem Elektronikbereich und entwickelt sich rasant weiter. Die Lichtausbeute von LED-Chips steigt, die Preise sinken. 

  • Retrofit-Leuchtmittel (Ersatzlampen)
    Retrofits sind mit fast allen gängigen Lampensockeln erhältlich. Sie ersetzen konventionelle Leuchtmittel in bestehenden Leuchten. 
     
  • Integrierte Leuchtmittel
    Aufgrund der langen Lebensdauer von LED kommen immer mehr Leuchten mit fest eingebauten LED-Chips auf den Markt. Sie eröffnen Designern eine grosse Gestaltungsfreiheit und ermöglichen neue, ultraflache Formen. Nachteil: Diese LED-Leuchtmittel sind herstellerabhänig und oft nicht austauschbar.
     
  • LED-Module, «Zhaga»
    Zhaga ist ein internationales Konsortium der Beleuchtungsindustrie mit dem Ziel, die Austauschbarkeit von LED-Lichtquellen verschiedener Hersteller wieder zu gewährleisten, ähnlich wie zur Zeit der Glühlampe mit dem bekannten Edison-Gewinde E27. Bezüglich LED-Lichtquellen verwendet Zhaga den Begriff «LED-Lightengine». 

Neben der Anwendung in der klassischen Beleuchtung finden LED auch in folgenden Bereichen Verwendung: 

  • Effektbeleuchtung und Taschenlampen
  • Signaltechnik und Verkehr, z.B. Verkehrsampeln, Fahrzeugbeleuchtung
  • Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallbildschirmen 
  • Medizintechnik und Laser 

Helligkeit und Lichtleistung

Die vertrauten Wattzahlen 15, 25, 40, 60, 75 und 100 haben ihre Orientierungsfunktion schon länger verloren. Die aktuellen Leuchtmittel sind effizienter und brauchen für die gleiche Lichtleistung weniger Leistung (Watt). Die Masseinheit für die Helligkeit eines Leuchtmittels ist der Lichtstrom. Er wird in Lumen (lm) angegeben. Über die Effizienz des Leuchtmittels gibt das Verhältnis Lumen/Watt Auskunft.

Die Farbtemperatur

Die Bezeichnung für die Farbtemperatur ist Kelvin (K). Je höher der Kelvin-Wert und damit die Farbtemperatur, desto «kühler» und bläulicher wirkt eine weisse Lichtquelle. Je niedriger der K-Wert, desto «wärmer» und gemütlicher ist das Lichtempfinden. Für möglichst konzentrierte und ermüdungsfreie Büroarbeiten empfehlen Ergonomen Farbtemperaturen von ca. 4000 K. Für die Wohnzimmerbeleuchtung empfiehlt sich ein eher «warmes» Licht von 2700 – 3000 K.

Die Lichtfarben im Überblick:

  • warmweiss: < 3300 Kelvin
  • neutralweiss: 3300 – 5300 Kelvin
  • tageslichtweiss: > 5300 Kelvin

Die ersten roten LEDs kamen 1962 auf den Markt. Aufgrund ihres geringen Lichtstroms fanden sie vorwiegend als Anzeigen in Digitaluhren und als Standby-Lämpchen Verwendung. Etwa 10 Jahre später folgten grüne, orange und gelbe Dioden. Die erste kommerziell erfolgreiche blaue Diode kam zu Beginn der 1990er-Jahre auf den Markt. Um das Jahr 2000 gelang es, auch weisses LED-Licht zu erzeugen. Damit war die Grundlage für eine breite Nutzung von LED in der künstlichen Beleuchtung gegeben. 

Farbwiedergabe

Neben der Lichtfarbe muss auch der Farbwiedergabe-Wert (Ra) des Leuchtmittels stimmen. Dieser gibt an, wie farbecht die beleuchteten Gegenstände wahrgenommen werden. Der beste Wert für die natürlichste Farbwiedergabe liegt bei Ra 100. Für den Heimbereich sollte dieser Wert bei mindestens 
Ra 80 liegen.

OLED

OLED bestehen aus organisch halbleitenden Materialien. Sie unterscheiden sich von LED dadurch, dass Strom- und Leuchtdichte geringer sind. Ihre Lebensdauer ist nicht vergleichbar mit jener von LED. Mit OLED lassen sich leuchtende Flächen erzeugen. Allerdings beschränken sich diese meistens auf kleinere Flächen, d.h. einige Quadratzentimeter. 

 

Veranstaltungshinweise

 

Licht für die Schweiz, Lichtmarkt Schweiz – Analyse 2018 (Schweizer Licht Gesellschaft, PDF)

Faktenblatt: Lichtmarkt Schweiz 2018 (BFE, PDF)

Das richtige Licht, zur richtigen Zeit, Lichteffekte beurteilen (Artikel, bulletin.ch)

Licht aus Halbleitern, Glühdrähte und Leuchtstoffröhren weichen Halbleiterchips (Artikel, bulletin.ch)

In Zukunft wird das Gebäude zu einem Kernstück des Energiesystems (Blog)

«LEDs go!», Tipps und Hinweise zu LED-Beleuchtungen (Info-Broschüre, PDF)

«Energieeffizienz von Niederspannungs-Installationen» in der NIN 2020 (Blog)

Wann wird das Home wirklich smart? (Blog)

«Olympic House», Symbol der Nachhaltigkeit (Blog)

Schweizer Licht Gesellschaft (Web)

 

Quelle: «LEDs go!» Tipps und Hinweise zu LED-Beleuchtungen (Auszug aus Info-Broschüre)
Foto: pixabay

 

 

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