Grundlagenwissen Bei der LED kommt es auf die Qualität des Lichts an

Autor / Redakteur: Thomas Reichelt * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Das Licht einer LED verlangt ein umfangreiches Wissen über die verschiedenen Lichtparameter, um die Lichtqualität zu beschreiben. Gerade billige LEDs entsprechen nicht den aktuellen Anforderungen.

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Qualität von Licht: Ob Farbtemperatur, Lichtausbeute oder Energieeffizienz; wer LEDs vertreibt oder installiert, sollte auf verschiedene lichttechnische Parameter achten.
Qualität von Licht: Ob Farbtemperatur, Lichtausbeute oder Energieeffizienz; wer LEDs vertreibt oder installiert, sollte auf verschiedene lichttechnische Parameter achten.
(Bild: © ohsuriya/Fotolia.com)

Als im Jahr 2007 die EU-Kommission auf Grundlage des Kyoto-Protokolls das Aus für nicht effiziente Leuchtmittel einläutete, begann der Siegeszug der LED. Dabei stand die Energieeffizienz immer im Vordergrund. Damit verbunden sind auch die sinkenden Kosten beim Betrieb von LED-Leuchten. Diese werden zudem immer preiswerter, effizienter aber auch komplexer. Allerdings enden damit auch die einfachen Zeiten, als der Kauf von Leuchtmitteln unkompliziert war. Die Entscheidung fiel gemäß elektrischer Leistung, Lampensockel und Bauform. Doch nach welchen Kriterien werden heute LED-Leuchten gekauft?

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Die Hersteller der LEDs und der Leuchten optimieren ihre Produkte entsprechend den Kundenwünschen. Allerdings steht hier der Wunsch entgegen, alles billig zu produzieren. Dabei bleibt die technische Umsetzung oft auf der Strecke und so wundert es nicht, dass viele Leuchten vorwiegend aus dem asiatischen Raum kommen. Diese sind nach augenscheinlicher Prüfung zwar preiswert, aber ihren Preis nicht wert.

Das zeigen auch die täglich eintreffenden Mails im Spam-Ordner. Kontaktiert man dann diese Anbieter und fragt nach dem Sinn dieser Ramsch-Produkte, so erhält man als Antworten: „Our customer don't care the quality – they just care the price“. Und so haben die Bundesnetzagentur und das Gewerbeaufsichtsamt alle Hände voll zu tun den Markt bzw. die Endanwender vor diesen Produkten zu schützen, welche die Ware wie selbstverständlich ohne WEEE-Registrierung und zweifelhafter CE-Kennzeichnung über ganz unterschiedliche Händler importieren.

Auch so mancher Container hatte den Weg bis zum Deutschen Hersteller nicht geschafft. Wer sicher gehen will sollte die Leuchtmittel vor dem Kauf prüfen, ob der Hersteller oder die Produktmarke auf der Seite der Stiftung EAR (Elektro-Altgeräte Register) registiert sind. Wenn das nicht der Fall ist und Sie sind noch Wiederverkäufer im Lichtprojekt oder als Online-Händler muss man bedenken, dass der Inverkehrbringer für die Produkte verantwortlich ist und für die Konsequenzen haftbar ist. Das kann bis zu einem Bußgeld und einer Warensperrung reichen.

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Lichtqualität und Lichtparameter

Für den Einsatz von LEDs in der Beleuchtung wird ein umfangreiches Verständnis vorausgesetzt, um die verschiedenen Lichtparameter zu verstehen, welche die Lichtqualität und dessen spektrale Zusammensetzung und Ableitung beschreiben. Dank unterschiedlicher Bauformen lässt sich das Licht optimal lenken. Allerdings kann bei falscher Auswahl das Licht störend auf den Anwender wirken, sowie zu ineffizientem Einsatz von Lichtenergie führen. Licht-Profis wird empfohlen, sich umfangreich weiterzubilden, sowie sich messtechnisch auf die neuen Anforderungen einzustellen. Die steigende Nachfrage nach Flickermeter zeigt, wie wichtig das Thema Flickerverhalten ist. Das übliche Luxmeter genügt dem ernsthaften Licht-Experten längst nicht mehr. Mit mobilen Lichtspektrometern sind lichttechnische Angaben möglich. Damit punktet der Lichtexperte bei Verkaufsgesprächen durch entsprechende Professionalität.

Die Qual der Wahl bei der Leuchtenauswahl

Ganz ähnlich verhält es sich mit dem CE-Kennzeichen. Es ist kein Zertifikat, sondern das Prüfkennzeichen des Herstellers, das zeigt, dass das Produkt den Europäischen Richtlinien und Normen entspricht. Hersteller ist nach dieser Sichtweise nicht die produzierende Firma im Ausland, sondern derjenige, welcher das Produkt im Europäischen Markt in Verkehr bringt – also häufig der Importeur. Dieser haftet in vollem Umfang für mögliche Schäden, die durch fehlerhafte Produkte ausgelöst werden.

Damit wäre die erste Hürde genommen. Man erhält ein Leuchtmittel, welches den vorgeschriebenen gesetzlichen Weg gegangen ist. Doch jetzt kommt ein Aber: es ist noch nicht gesagt, dass man damit ein Qualitätsprodukt erhält. Die Qualitätskriterien bei Leuchtmitteln sind seit Beginn der LED wesentlich umfangreicher geworden. Genügte es früher auf die Einkaufsliste zu schreiben: „Glühlampe E27, 60 W in matt“, so findet man heute im Baumarkt hinsichtlich LED-Technik weiterführende technische Merkmale:

  • Lebensdauer (Mittlere oder maximale Lebensdauer?),
  • Farbtemperatur,
  • Farbwiedergabeindex,
  • Lichtausbeute,
  • Energieeffizienzlabel und weitere Parameter.

Mit vielen Angaben ist der durchschnittliche Anwender überfordert und greift zum billigsten Produkt. Zuhause eingebaut ist das Staunen groß über das ungewohnte Licht. Schön hell macht das Leuchtmittel, doch es wirkt unnatürlich. Gemeint ist da nicht nur eine kalte Lichtfarbe, sondern auch die unnatürliche Wiedergabe von Farben, was einem niedrigen Farbwiedergabeindex zu verdanken ist.

Doch selbst ein hoher Farbwiedergabeindex, wie beispielsweise CRI/Ra > 90, ist noch keine zuverlässige Aussage über eine gute Lichtqualität. Der Wert besagt lediglich, dass das Leuchtmittel auf acht von nahezu unendlich vielen Farben hingezüchtet wurde. Das Qualitätskriterium hat seine Wurzeln im Jahr 1931, wurde dann 1960 überarbeitet und hält sich bis heute hartnäckig.

Aus Sicht der Experten sind die Nachteile bekannt. Und wenn es bereits einen aussagekräftigeren Nachfolger mit TM-30-15 gibt, so hält die Industrie an diesem alt bekannten Index aus Kostengründen fest. Hier wird vermutlich erst eine verbindliche Richtlinie eine Änderung herbeiführen.

Schwachstelle Treiberelektronik und die LED flimmert

Glücklich ist der Käufer eines LED-Leuchtmittels, welches augenscheinlich eine Glühlampe ersetzt. Doch nur solange, bis man sich die LED mit einer Videokamera oder Smartphone bei Filmaufnahmen ansieht. Dann kommt schnell die Ernüchterung: denn jetzt sind durchlaufende Streifen zu sehen und zeigen, dass der Hersteller an der Treiberelektronik gespart hat. Das Leuchtmittel ist nicht flimmerfrei. Längst ist es vielen Insidern bekannt, dass für die Ansteuerung der LEDs sogenannte Pulsweitenmodulation (PWM) eingesetzt wird. Ein zeitlich veränderliches Ein/Ausschalten des Stromes bei unterschiedlicher Frequenz wird zur Stromregelung und auch zum Dimmen von LED eingesetzt. Das bzw. die Taktung des Schaltreglers verursacht schnelle Lichtwechsel oder sogar sichtbares, störendes Lichtflimmern.

Warum eine lange Lebensdauer der LED wichtig ist

Baubiologen kennen das und sind hier häufig schon mit Flickermetern unterwegs und trennen die Streu vom Weizen. Die schnelle Änderung der Lichtintensität, wie man es auch von den Stroboskop-Lichtern in den Discos kennt, nur hier meist aufgrund höherer Frequenz in den seltensten Fällen für das Auge sichtbar, kann laut Experten zu Konzentrationsschwäche, Epilepsie oder anderen Gesundheitsschäden führen. So gibt es bei den Tierzüchtern bereits Auflagen und Grenzwerte und auch in Japan darf ein definierter Flickerindex nicht überschritten werden.

Verbessert wird das Flimmerverhalten von LED-Leuchtmitteln häufig durch Kondensatoren, insbesondere Elektrolytkondensatoren. Das Bauteil wird allerdings ungern von Herstellern eingesetzt. Kondensatoren bestimmen die Lebensdauer der LED-Leuchte in der Vorschaltelektronik und sind in Verbindung mit langer Lebensdauer wiederum kostenintensiv. Leuchtmittel mit langer Lebensdauer schonen über viele Jahre nicht nur den Geldbeutel, sondern auch die Umwelt. Elektroschrott durch billige LED-Lampen, welche im Halbjahres-Rhythmus in die Mülltonne wandern, wird vermieden.

Warum es auf die Qualität des Lichts ankommt

Will man ein qualitativ hochwertiges LED-Leuchtmittel mit langer Lebensdauer und dazu noch flimmerfrei erwerben, dann sollte man den 2- bis 3-fachen Preis für ein Qualitätsprodukt renommierter Hersteller ausgeben. Denn dann ist LED-Beleuchtung nicht nur ein Energiesparfaktor, sondern auch ein Ökofaktor für Mensch und Umwelt. Und als Ökofaktor sollten wir Licht und damit auch LED-Licht genauso sehen, wie den Bedarf an Sonnenlicht für unseren Organismus und Umwelt.

Das hat seine gesundheitlichen Gründe, warum man in Sonnenlichtarmen, nordischen Ländern Dienstleister sogenannter Lichtduschen findet, welche einem ein Vollspektrum an Licht anbieten, um das biologische Gleichgewicht wieder herzustellen. So sind heute Hersteller von Leuchtmittel bemüht, Vollspektrumslampen anzubieten und werben mit sonnenlichtähnlichem Lichtspektrum.

Allerdings handelt es sich meist um überteuerte Lampen, die ihren Namen nicht wert sind. Jeder hat die Möglichkeit, das Lichtspektrum einer LED mit einem Lichtspektrometer selbst zu überprüfen. So gibt es das Lichtspektrometer „Lighting Passport“ von Asensetek als professionelle Smartphone-Erweiterung für jeden Licht-Profi. Mit Flicker- und Lichtspektrometer ausgerüstet ist es den Lichtprofis möglich, natürliches Licht sicherzustellen. Der Endkunde allerdings bekommt diese Daten nicht über die Verpackungsdaten mitgeteilt. Auch wenn sie bekannt wären, so würde er diese nur selten verstehen.

Individuelle LED-Leuchten mit vielen Möglichkeiten

Bisher wurde auf die Zusammensetzung des Lichts eingegangen. Stimmt die Lichtqualität des abgestrahlten Lichtes mit ihren Parametern Farbtemperatur, spektrale Zusammensetzung und vor allem Flicker, so gilt es insbesondere bei LED-Leuchten noch auf Abstrahlcharakteristiken des Lichts zu achten. Insbesondere die kleinen und superhellen Lichtpunkte der LEDs (= hohe Leuchtdichte) führen schnell dazu, dass der Betrachter geblendet wird.

Ist die Intensität zu hoch, so glaubt man anschließend schwarze Punkte zu sehen. Wird ein Raum direkt mit LEDs beleuchtet, so hat man diese Punkte bei jeder reflektierenden Fläche und ein direktes Hineinschauen in die Leuchtmittel ist nicht zu empfehlen. Ganz nach Anwendungsfall werden vom Hersteller diffuse Materialien verwendet, um eine homogene Leuchtdichte zu erhalten. Bei besonderen Anforderungen wie der Objektbeleuchtung werden gezielt Optiken eingesetzt, um das Licht zu bündeln.

Licht mit LEDs erfüllt auch technische Anforderungen: Feuchtraumleuchten gibt es beispielsweise konventionell mit Leuchtstoffröhren. Die Lichtverteilung ist dann so, dass es direkt unter der Leuchte am hellsten ist. Zur Seite nimmt die Helligkeit schnell ab. Mit LED hat der Anwender die Auswahl zwischen flach abstrahlend, steil strahlend oder asymmetrische Abstrahlung. Ganz nach Anwendungsfall ob in einer Tiefgarage, Hochregal oder in Wandnähe, wo man sich die Abstrahlung zur Wand sparen möchte.

Die Lichtverteilung sorgt nicht nur für eine gleichmäßige Lichtverteilung im Raum, sondern es wird unnötige Lichterzeugung vermieden. LED-Beleuchtung bedeutet nicht nur eine neue Welt für Licht-Konsumenten und Lichtplaner hinsichtlich der Zusammensetzung von Licht, sondern zeigt Möglichkeiten, welche durch aktuelle Lichtwirkungen erzielt werden können. Nicht zu vergessen die vielfältigen Design-Formen von Leuchten, welche durch die kleine Bauform der LEDs möglich sind.

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* Thomas Reichelt ist LED-Spezialist und Eigentümer von LEDclusive.de in Kempten im Allgäu.

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