Normen und Richtlinien Mit LED und OLED immer auf dem neuesten Stand

Autor / Redakteur: Dietmar Gläser * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Wer sich mit LED oder OLED beschäftigt, muss bei der rasanten Entwicklung immer informiert sein. Was sind Trends, was ist Stand der Technik und welche Normen und Richtlinien gilt es zu beachten?

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Performance: Lichtqualität wird nicht nur durch Lichtausbeute definiert, sondern auch durch Lichtverteilung, Farbwiedergabe und Farbtemperatur und deren Stabilität über die gesamte Lebensdauer.
Performance: Lichtqualität wird nicht nur durch Lichtausbeute definiert, sondern auch durch Lichtverteilung, Farbwiedergabe und Farbtemperatur und deren Stabilität über die gesamte Lebensdauer.
(VDE)

Die rasante Entwicklung im Umfeld der LED erfordert einen regelmäßigen Informationsaustausch über die aktuellen Trends, Stand der Technik, Normen und Richtlinien. Hier bieten sich Kongresse und Workshops an, um im ständigen Erfahrungsaustausch mit der LED-Branche zu stehen.

Unter anderem bot das VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut (VDE-Institut) und der Fachverband Licht im ZVEI in diesem Jahr zum sechsten Mal eine Veranstaltung an, in der über 130 Experten aus der Lichtbranche, der Standardisierung und dem Handel die Gelegenheit hatten, sich über die Schwerpunktthemen „LED/OLED-Anwendungen in der allgemeinen Beleuchtung“ und „Zhaga-Spezifikationen in der Praxis“ zu informieren. Eines haben alle Veranstaltungen zum Thema gemeinsam: Das zunehmend globalisierte LED-Geschäft stellt neue Herausforderungen an Hersteller, Händler, Planer und Anwender.

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Wenn LEDs auf High-Speed-Internet treffen

Internet lässt sich nicht nur via Ethernet-Kabel oder drahtlos via Funk im GHz-Bereich übertragen. Auch die Übertragung von LED-Lampen soll es möglich machen, Informationen zu verteilen. Dabei verfügen die Lichtimpulse über eine hohe Frequenz und sind mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar. Auf dieser Grundlage soll es in den nächsten Jahren möglich sein, beispielsweise über die Deckenleuchte eine Internetverbindung aufzubauen. Forscher sprechen hier von Übertragungsgeschwindigkeiten von 800 MBit/s. Und Geschwindigkeiten im Gigabitbereich sollen auch nicht mehr lange auf sich warten lassen.

Eine Bedingung ist allerdings, dass zwischen der LED-Leuchte als Sender und dem Empfänger Sichtkontakt vorhanden ist. Grundlage der Datenübertragung mit Licht ist schnelles Ein- und Ausschalten der LED, was sich jenseits der menschlichen Wahrnehmung abspielt. Die dabei verwendeten LEDs müssen hell genug sein und eine hohe Schaltfrequenz ermöglichen.

LED-Beleuchtung vs. klassische Beleuchtung

Die Herausforderungen liegen nicht nur im Bereich Technik und Standardisierung. Auch für Planer bringt die LED-Technologie (LED: light emitting diode, dt. Licht emittierende Diode) neue Wagnisse mit sich, besonders hinsichtlich Performance und Qualität. LEDs bieten ohne Zweifel zahlreiche Vorteile wie etwa geringe Betriebskosten, eine hohe Lebensdauer mit bis zu etwa 50.000 Stunden und eine hohe Energieeffizienz. Allerdings sind zum Beispiel Wartungsfaktoren für viele LED-Leuchten noch nicht definiert. Wartungskosten spielen aber eine wichtige Rolle bei Amortisationsbetrachtungen.

Immer höhere Effektivitäten der LED stellen außerdem neue Anforderungen an die Lichtlenkung und Blendungsbegrenzung. Viele LED-Lösungen werden im Handel derzeit als sogenannte Retrofit-Varianten – also als Ersatz von herkömmlichen Lichtquellen – angeboten. Diese Lösungen sind relativ einfach und kostengünstig zu realisieren. Doch gleich, ob es sich um Retrofit- oder andere LED-Lösungen handelt: Sie alle müssen neben sicherheitsrelevanten auch zahlreichen lichttechnisch relevanten Anforderungen genügen.

Denn nicht nur der Lichtstrom ist für eine gute Lichtqualität verantwortlich, sondern auch die Lichtfarbe, die Farbwiedergabe und eine optimierte Lichtverteilung. Dies ist einer der Gründe dafür, dass das VDE-Licht-Testzentrum entsprechende Tests zur Zertifizierung von LED-Produkten auf Grundlage der Entwürfe internationaler Performance-Standards (IEC/PAS 62722 und 62717) durchführt, die neben Sicherheits- und EMV-Normen auch als Grundlage für das Premium-Zeichen „VDE Quality tested“ dienen.

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Steigende Anforderungen an die elektrische Sicherheit

Immer höhere Leistungen und neue Anwendungsbereiche erfordern eine optimierte, differenzierte Materialwahl. Zugleich wachsen die sicherheitstechnischen Anforderungen. Im Bereich der Sicherheitskleinspannung (engl. Safety Extra Low Voltage, SELV) ist die Spannung so klein, dass elektrische Körperströme im Normalfall ohne Folgen bleiben. Gemäß DIN EN 61140 (VDE 0140-1) werden mit SELV betriebene Geräte, die selbst keine höheren Spannungen erzeugen, mit der Schutzklasse III bezeichnet.

Die Anforderungen an die elektrische Sicherheit werden erhöht durch den Einsatz von Metallkernplatinen und die Verwendung von Spannungen für alle LED-Module, die sich von der SELV unterscheiden (z.B. 300 VDC). Gemäß VDE 0100, Teil 410, 412.1 haben Betriebsmittel in der Schutzklasse II eine verstärkte oder doppelte Isolierung zwischen Netzstromkreis und Ausgangsspannung beziehungsweise zum Metallgehäuse, so dass sie durch eine entsprechende Isolierung auch dann vor dem Kontakt mit spannungsführenden Teilen geschützt sind, wenn sie elektrisch leitende Oberflächen haben. Zu beachten ist auch, dass sich eine qualitativ hochwertige LED-Leuchte in dieser Schutzklasse nicht nur durch die Spannungsfestigkeit, sondern auch durch die Dauerhaftigkeit des Isolationssystems (Dielektrikum) auszeichnet.

Prüfen und zertifizieren wird immer wichtiger

Um den Nachweis der sicherheitsrelevanten und lichttechnisch relevanten Eigenschaften führen zu können, sind sowohl Messapparaturen auf dem neuesten Stand der Technik als auch ein entsprechend geschultes Prüfpersonal erforderlich. Kalibrierte Messsysteme, wie sie im 2011 eröffneten Testzentrum für Photo- und Spektrometrie des VDE-Instituts in Offenbach verwendet werden, schaffen die Voraussetzung dafür, verlässliche Daten über Lampen und Leuchten zu gewinnen und die Marktteilnehmer bei Performance-Prüfungen an LED-Produkten zu unterstützen.

Das Aufgabenspektrum reicht dabei von Messungen des Lichtstroms und des Farbwiedergabeindexes, der Normspektralwertanteile und der Farbtemperatur über die Bewertung der photobiologischen Sicherheit bis hin zur Aufnahme der Lichtverteilungskurve und ortsaufgelösten Ermittlungen spektraler Verteilungen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt betrifft die Austauschbarkeit von LED-Modulen auf Basis einer entsprechenden Standardisierung und Zertifizierung. Aufgrund unterschiedlicher mechanischer, elektrischer, thermischer und optischer Spezifikationen waren LED-Lichtquellen verschiedener Hersteller gerade in der Anfangsphase oftmals nicht austauschbar. Dies führte dazu, dass Leuchtenhersteller oft an eine einzige LED-Engine (LED-Modul) eines Herstellers gebunden waren.

Zhaga – ein nach einem Wasserfall in Sichuan/China benanntes internationales Industriekonsortium der Beleuchtungsindustrie – hat es sich zur Aufgabe gemacht, klar definierte Schnittstellen-Spezifikationen festzulegen, um die Austauschbarkeit der LED-Lichtquellen verschiedener Hersteller sicherzustellen. Das VDE-Institut, das die Zhaga-Autorisierung als Testlabor erhielt, ist in diesen Prozess eng eingebunden.

Der Entwicklung sind keine Grenzen gesetzt

Ein wichtiger Zukunftstrend ist die COB-LED, die durch das direkte Drahtbonden des Leuchtdioden-Chips auf der Platine, dem Chip on Board, und den späteren Verguss gekennzeichnet sind. Diese Bauform, die besonders bei LED-Arrays mit sehr vielen Leuchtdioden verwendet wird, wird als Anwendung mit hohen Lumenpaketen bis 20.000 lm unter Verwendung von Anschluss-/Fassungssystemen in Zukunft eine größere Rolle spielen.

Ein weiterer Entwicklungstrend liegt in der Konvergenz. Die LED-Technologie bietet viele Möglichkeiten, Lampen mit neuen Inhalten zu multimedialen Objekten zu entwickeln. Hier seien die intelligenten Lampen erwähnt, die gleichzeitig als WLAN-Router oder -Repeater – also als Netzwerkgerät oder Verstärker - dienen (siehe Kasten). Im Hinblick auf das Design und die Montagemöglichkeiten von LED-Leuchten sind der Phantasie ebenfalls kaum Grenzen gesetzt. Und auch im OLED-Bereich (OLED: organic light emitting diode, dt. Organische Licht emittierende Diode) zeichnen sich weitere innovative Entwicklungen ab. So kündigten die Entwickler für die nächsten Jahre Verbesserungen bei der Farbveränderlichkeit und der Transparenz an.

Die Beispiele zeigen, dass sich mit der LED/OLED-Technologie ein von großer Innovationsdynamik geprägter Zukunftsmarkt herausbildet. Allerdings sind noch viele offene Fragen zu beantworten, um diese neue Technologie wirklich umfassend zu beherrschen, nutzbringend und nachhaltig anzuwenden und für einen Massenmarkt verfügbar zu machen. Daher kommt der Forschung weiterhin eine große Bedeutung zu, zumal einige der etablierten Betrachtungsweisen und Kriterien, mit denen traditionelle Beleuchtungsanlagen bewertet wurden, überdacht und zum Teil „neu erfunden“ werden müssen.

Die Mindestanforderungen an LED-Leuchten

Vor diesem Hintergrund arbeitet das VDE-Institut als Referenzlabor in einem Verbund von fünf Forschungseinrichtungen und 13 Leuchtenfirmen an den Grundlagen für ein Performance Quality Label (PQL) für LED-Leuchten. Dabei geht es darum, einen Katalog für die Mindestanforderungen an LED-Leuchten zu erstellen, die Lichtqualität der LED-Leuchten zu erhöhen, die Transparenz der Produkte zu erhöhen und die heimische Leuchtenindustrie im internationalen Wettbewerb zu stärken. Über die Performanceanforderungen hinaus sind aber auch die Anforderungen an die elektrische Sicherheit und lichttechnische Eigenschaften in der Normung neu zu bewerten und/oder aufzunehmen.

Globales Geschäft von globalen Anbietern

Mit grundlegenden technologischen Veränderungen sind meist auch starke Marktveränderungen verbunden. Das trifft auch für den Wachstumsmarkt LED zu. LED ist ein globales Geschäft, das in Zukunft von global agierenden Anbietern geprägt werden wird. Die Auswirkungen auf den europäischen Lichtmarkt sind bereits spürbar. Unternehmen, die bisher nicht im Beleuchtungssektor tätig waren, sich aber in der Elektronik sehr gut auskennen, gewinnen im LED-Bereich stark an Einfluss und bieten mit neuen Ansätzen Alternativen zu den eher traditionellen Lösungen der etablierten Leuchtenhersteller.

Wichtig für die nachhaltige Markteinführung und Kundenakzeptanz sind freilich nicht nur der Innovationsgehalt, die technische Raffinesse oder der Ladenpreis neuer LED-Lösungen, sondern auch deren Sicherheit und Qualität. Umso wichtiger ist es für Hersteller, Händler und Verbraucher, diese Faktoren bei der neuen LED/OLED-Technologie hoch anzusiedeln.

* Dietmar Gläser leitet die Kategorie Licht im VDE-Institut in Offenbach und arbeitet mit an Normungsgrundlagen für LED-/OLED-Lampen und -Leuchten.

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