LED: Ein Konzept für helle Köpfe

Helle setzen auf die zukunftsträchtige Lichtquelle

Story - 26. September, 2013
Licht emittierende Dioden brauchen sieben Mal weniger Energie als konventionelle Glühlampen. Und die Verbesserungen erfolgen so rasant wie jene von Computern.

Von Roland Falk

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© Yagi Studio

 

Anfänglich, sagt Markus Bührer, 37, in Matzingen TG, seien seine Kunden skeptische Zauderer gewesen. «LED ist für mich das Lichtkonzept, das in weiter Zukunft sinnvoll und bestimmend ist, aber diese Überzeugung war nicht leicht unter die Leute zu bringen.» Bis zu 300 konventionelle, seit Ende 2012 in ganz Europa verbotene Glühlampen hätten Besucher des «grössten Lampenshops der Schweiz» gebunkert. Und einige, weiss Bührer, «kommen sich fast wie Kleinkriminelle vor, wenn sie die Dinger jetzt aufbrauchen». Was vor allem dann widersinnig sei, «wenn im Keller noch eine Uralt-Gefriertruhe steht, die das Zigfache der Energie frisst».

Rund 2500 Lampen hat Bührer regelmässig ausgestellt, «zwei Drittel sind bereits LED-Modelle». Es gibt Hunderte von Formen, die Bauformen werden zusehends minimiert, die Lichtfarben optimiert, die Vorbehalte schwinden. «Mitunter kommen sogar Senioren vorbei, die sich im Internet umfassend informiert haben und genau wissen, was sie wollen.» Gefragt ist etwa Cosmo, eine Bodenlampe: Der schmale stehende Ring, auf der Innenseite mit Minileuchten besetzt, mutet an wie der Feuerreifen im Zirkus, durch den früher die Löwen sprangen. «Mehr als die Hälfte der Kundschaft schwört mittlerweile auf LED.» 

«In zehn Jahren wird es nicht mehr viel anderes geben»
Der Spezialist in Matzingen glaubt nicht, dass die Polkappen mit herkömmlichen Lampen schneller geschmolzen wären – schliesslich werden fürs Licht zuhause in der Schweiz jährlich nur etwa 18 Prozent der verbrauchten Energie aufgewendet. Das bedeutet zwar eine Verdoppelung in den vergangenen zehn Jahren, aber «Edison kann nicht für die ganze Umweltmisere verantwortlich gemacht werden». Zumal, was meist unterschlagen wird, gar nicht er der eigentliche Erfinder des elektrischen Lichts war: Die erste Birne hatte 25 Jahre vor ihm der Hannoveraner Optiker und Uhrmacher Heinrich Goebel entwickelt, der 1854 durch einen verkohlten Bambusfaden Strom fliessen liess. Die Lampe, die er nur in seinem Laden einsetzte, funktionierte immerhin bereits 200 Stunden.

Bührer setzt auf LED, weil es «in zehn Jahren vermutlich nicht mehr viel anderes geben wird». Vom Kühlschrank bis zum Auto ist alles damit bestückbar und in vielen Gemeinden wird daran gearbeitet, auch die Strassenbeleuchtung auf das Licht mit Zukunft umzustellen. «In Chur», weiss Bührer, «gibt es bereits Strassenzüge mit Lampen, in denen Bewegungsmelder nur dann Helligkeit auslösen, wenn jemand vorbeikommt.»

Die LED (Licht emittierende Diode) gehört auch zum Arbeitsmaterial von Jürg Nigg, 80, einem Tüftler und «interdisziplinären Denker», dessen Werkstatt hinter der Zürcher Langstrasse anmutet wie das Labor von Daniel Düsentrieb. Überall in seiner Firma Arcotronic stehen Messgeräte, winden sich Drähte, summen Monitore. «Wir stellen alles her, was mit Lichttechnik zu tun hat», sagt Nigg, der «zwischen 70 und 100 Patente» hält für Erfindungen, die in seinem Wirkungsbereich sinnvoll sind. Unter anderem überraschte er 1984 mit der ersten flimmerfreien Energiesparlampe, aber «Grosskonzerne klauten mir die Idee». Und für einen langwierigen Prozess mit denen «fehlten mir die Millionen».

LED enthalten weder Füllgase noch Quecksilber
Nigg ist wie der Matzinger Lampenspezialist Bührer überzeugt, dass die gesetzgebenden Behörden «mit allem ausser LED künftig abfahren möchten». Bis zum Jahr 2015 etwa soll die Sparlampe verboten werden, weil jede unter anderem drei Milligramm giftiges Quecksilber enthält. «Ein Irrsinn, denn selbst wenn man alle Lampen im Umlauf aufs Mal kaputthauen würde, kämen nicht viel mehr als zwei, drei Kilo Giftstoff zusammen.» Viel grösser sei da vermutlich «die Konzentration aus Amalgam-Zahnfüllungen, die sich um jedes Krematorium messen lässt.»

LED-Lampen enthalten weder Füllgase noch Quecksilber. Nigg, der unter anderem Tunnels mit Sicherheitsleuchten versieht, schätzt ihr punktgerichtetes Licht, «mit dem sich nachts alles besser erkennen lässt». Sämtliche Vorteile sind auch für den Tüftler immens: «LED sind fast bruchsicher, funktionieren bis –40 Grad, passen ohne Adapter in jede herkömmliche Fassung, machen beim Anknipsen ohne Verzögerung Licht und brauchen rund sieben Mal weniger Energie als eine Glühlampe.» Für LED, bei denen unter Laborbedingungen eine Funktionsdauer von über 30 Jahren eruiert wurde und die eine Lichtausbeute von bis 80 Lumen pro Watt schaffen (Eine 40-Watt-Glühbirne brachte es auf etwa 10 Lumen pro Watt), gilt eine einfache Faustregel: Je kleiner die auf der Packung angegebene Kelvin-Zahl, desto wärmer das Licht. LED gibts in Purweiss (4500 bis 6000 Kelvin), Neutralweiss (3500 bis 4500 Kelvin) und Warmweiss (2650 bis 3500 Kelvin). «Fast jede Birne ist heute dimmbar. Und weil die Wärmeabgabe minim ist, rückt die Feuerwehr auch nicht mehr wegen Bränden von Lampenschirmen aus.» Die Anschaffung einer Birne kostet bis 40 Franken, zahlt sich aber aus: «Selbst nach dem errechneten Alter gibt sie noch 50 Prozent ihres Lichts ab und ist somit nicht kaputt.»

Ikea wird bis 2016 das ganze Lampensystem auf LED umstellen, aber Nigg hat einen Vorbehalt für den Einsatz im Privatbereich. «Wieso lässt es sich bei Kerzenlicht und vor einem Cheminée schlecht streiten? Beides strahlt Infrarot ab, das den Serotoningehalt im Gehirn und somit unsere Stimmungen steuert. Im LED fehlt das.» Markus Bührer wertet das als weniger gravierend. Einer seiner Nachbarn, sagt er, habe seinen Hühnerstall bisher mit Neonlicht erhellt, was für ständiges Gegacker des Federviehs sorgte. «Kürzlich wurde für die Tiere LED installiert und seither halten sie den Schnabel.» Was für die Hennen gut sei, schliesst er daraus, «ist sicher auch für den Menschen nicht ohne.»

Jürg Nigg, 80: Der Zürcher Erfinder, eine Art Daniel Düsentrieb, hält «zwischen 70 und 100 Patente» im Lichtbereich.
© Sonja Ruckstuhl

Nigg, der autodidaktische Feldforscher, hat nebst der Lichtqualität noch einen andern Einwand gegen LED, das er weitgehend als «Modeerscheinung» wertet: «Die meisten Chips für die Lampen kommen aus China und Taiwan. Wir bewegen uns also in eine Abhängigkeit. Zudem gibt es in LED viele seltene Erden, die oft von Kindern abgebaut und zunehmend verknappt werden, wenn sich im Westen jeder Lichterketten à discrétion in die Hütte hängt.» Das Stromspar-Argument lässt er zwar gelten, aber andernorts, meint er, liesse sich viel mehr Energieeffizienz bewirken: «Die Trams etwa, die heute vom Zürcher Zoo runter in die Stadt fahren, verbrauchen 500 kW/h, weil sie keinen Strom zurückgewinnen. Das Sparen von Energie für Licht ist dagegen ein ziemlicher Verhältnisblödsinn.»

Trotzdem – die Technologie setzt sich durch: «Etwas Besseres als sie zeichnet sich noch nicht ab», sagt der Thurgauer Markus Bührer. In der Industrie, an öffentlichen Bauten, ja selbst in klerikalen Bereichen wie der Stiftskirche des Klosters Einsiedeln wird sie verwendet. Überzeugend ist sie auch in den schweizweit bekannten Höllgrotten von Baar, einem Tropfsteinsystem, in dem die Kalkformationen seit kurzem von 270 LED-Spots angestrahlt werden. Und dieses Jahr waren auch die riesigen Kopflaternen an der Basler Fasnacht mit den fast taghellen Lichtern versehen.

In der Kunst tut man sich noch schwer mit LED. Der deutsche Lichtkünstler Rainer Kehres etwa braucht jährlich 1000 alte Glühlampen für seine Installationen und holt sie «aus alten Beständen der DDR». Und der «Luminator», das letzte, mit mehreren hundert konventionellen Birnen gestaltete Werk von Jean Tinguely, das im EuroAirport Basel-Muhlouse-Freiburg steht, ist für Puristen undenkbar mit neuzeitlichem Licht. Glühlampen gelten vielen Künstlern als sinnstiftendes Material, wie der richtige Stein für einen Skulpteur.

Für Lichtkünstler wie Gerry Hofstetter ist LED zu schwach
Gerry Hofstetter, ein namhafter Schweizer Lichtkünstler, setzt LED vor allem ein, «wenn es um etwas Bewegtes, einen schillernden Gag» geht. Sonst ist er mit riesigen, 240 Kilo schweren Tageslichtprojektoren unterwegs, mit denen er 2006 im UNO-Jahr der Wüste die Sphinx und die Pyramiden von Gizeh illuminierte. Und in der Arktis «versöhnte ich die Titanic mit den Eisbergen, indem ich ein Bild in Originalgrösse an einen mächtigen, über 650 Meter langen Block projizierte». Sein Eisbär-Porträt schliesslich, das er fürs UNO-Jahr des Wassers an einen Eisberg in der Antarktis warf – «ungewöhnlich, weil es das Tier dort nicht gibt» –, ging um die Welt. Für all diese Aktionen, so Hofstetter, «wäre LED zu schwach gewesen».

Das dürfte sich schnell ändern. «In Sachen LED ist die Entwicklung so rasant wie in der Computerwelt», sagt Markus Bührer. Selbst Legionen von Skeptikern könnten sie nicht aufhalten, fügt er an. «Dieses Licht müsste jedem aufgehen.»

 


LED-Wissen

Gut beleuchtete Räume haben für den Wohn- und Arbeitskomfort eine enorme Bedeutung. Denn Menschen in unserer Klimaregion verbringen ihre Zeit überwiegend in Häusern. Tageslicht respektive gutes Kunstlicht steigert Wohlbefinden und Konzentrationsfähigkeit. Dass optimale Beleuchtung auch effizient sein kann, beweist die LED-Technologie.


Wie funktioniert LED?

Licht emittierende Dioden (LED) sind Halbleiterelemente, deren Funktionsweise man aus der Elektro- und Computertechnik kennt. LED nutzen denselben physikalischen Effekt wie die Solarzelle, allerdings in umgekehrter Richtung: Die LED verwandelt Gleichstrom in Licht. Bereits um 1960 wurden die roten LED erfunden und als Leuchtanzeigen in Uhren und anderen Geräten eingesetzt. Zehn Jahre später folgten grüne und gelbe LED und erst in den 1990er-Jahren kamen blaue LED auf den Markt. Um das Jahr 2000 gelang es, durch Leuchtstoffbeschichtung aus den blauen LED weisses Licht in guter Qualität zu erzeugen. Damit war der Grundstein für LED in der Raumbeleuchtung gelegt. Die Energieeffizienz von LED erzielt heute in der praktischen Anwendung mit über 50 Lumenpro Watt effizienzmässigmindestens das Niveau der Sparlampe. Die besten LED-Lampen erreichen bis zu 100 lm/W. Und die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen: Bis in zehn Jahren wird man mit weissen LED nochmals eine Verdoppelung oder Verdreifachung der Lichtausbeute erreichen. Die LED-Technik wird die Beleuchtung in den nächsten zehn Jahren revolutionieren, vergleichbar mit dem Ersatz der Schallplatte durch die CD.


Vorteile von LED

  • LED-Lampen werden in wenigen Jahren die weniger effizienten Sparlampen vollständig ersetzen.
  • Die Preise der LED-Lampen werden dann nicht höher sein als diejenigen von Sparlampen.
  • Die Lichtqualität von LED ist besser als diejenige von Sparlampen und vergleichbar mit Halogenlampen.
  • LED eignet sich sowohl als Ersatz für Glühlampen wie auch als Ersatz für Halogenspotlampen.
  • LED-Lampen enthalten im Gegensatz zu Sparlampen kein giftiges Quecksilber.
  • Die Entwicklung von LED ist noch nicht abgeschlossen. In einigen Jahren wird die Effizienz mindestens doppelt so hoch sein wie bei heutigen Sparlampen.
  • Der Einsatz von nicht dimmbaren LED-Lampen ist unproblematisch.


Nachteile von LED

  • Derzeit stammen leider 97 Prozent der für LED notwendigen Metalle, der seltenen Erden, aus China. Diese Metalle sind nicht endlos verfügbar und kommen in vielen elektronischen Geräten wie Energiesparlampen, TV, LCD und Plasmabildschirmen, Akkus, Brennstoffzellen, Autokatalysatoren, Russpartikelfiltern, Röntgenapparaten, Lasern, Glasfaserkabeln, Magneten, Elektromotoren, Flugzeugmotoren, Atomreaktoren und Handys vor. Der Abbau von seltenen Erden ist enorm kostenintensiv. Mittels Säuren werden die Metalle aus den Bohrlöchern gewaschen. Der dabei vergiftete Schlamm bleibt oft zurück und belastet die Umwelt erheblich. Am Ende einer (hoffentlich) langen Lebensdauer sind LED-Lampen Elektroschrott und müssen fachgerecht entsorgt werden.
  • Aufpassen muss man beim Kauf von dimmbaren LED-Lampen, denn einige der heute üblichen Dimmer funktionieren nicht mit LED-Lampen.
  • Vorsichtig muss man auch beim Kauf von LED-Lampen für 12-Volt-Transformatoren sein, denn einige der heute üblichen Trafos funktionieren nicht mit LED-Lampen.

 

Biologische Wirkung des Lichts

Neben Assoziationen spielen bei der Wahrnehmung auch biologische Wirkungen des Lichts eine wichtige Rolle. Die Wirkungskette des Lichts folgt separaten Nervenverbindungen, welche von der Netzhaut zum zentralen Steuerorgan der Körperfunktionen (Hypophyse) führen. Darüber werden Stoffwechsel und Hormonhaushalt beeinflusst. Der Rhythmus wird vorwiegend durch das Tageslicht bestimmt. Gutes Licht fördert das Konzentrationsvermögen, verbessert die Motivation und verhindert vorzeitige Ermüdung. Dadurch steigt die Leistungsfähigkeit sogar bei Tätigkeiten, die wenig oder nicht sehabhängig sind, wie z. B. Denkvorgängen. Diese Wirkung wird vor allem durch das seitlich ins Auge einfallende Licht ausgelöst. Deshalb ist es in Arbeitsräumen wichtig, nicht nur Arbeitsplätze, sondern auch deren Umfeld gut zu beleuchten. Beleuchtungsstärken unter 500 Lux sind ungenügend.
Tageslicht lässt sich nicht vollständig durch künstliche Beleuchtung ersetzen.


Vom Glühlampenverbot und der Umsetzung effizienter Beleuchtung wie LED

2009 bis 2012:
Umsetzung des Glühlampenverbots
Nur noch der Verkauf von Lampen der Effizienzklassen A bis D waren erlaubt, die Klassen F und G wurden verboten. Ende 2011 wurde dieser erste Schritt praktisch vollzogen. Von Gesetzes wegen war das Outphasing der Glühlampen bis September 2012 vorgesehen. Dieser erste Schritt des Glühlampenverbots brachte eine Stromeinsparung gegenüber 2006 von rund 300 GWh/a, wenn man den kleinen Rest an Glühlampen von 2012 dazunimmt. Die Stromeinsparung bezogen auf den Schweizer Gesamtverbrauch beträgt rund 0,5 Prozent gegenüber jenem von 2006.

Bis 2016:
Umsetzung des Glühlampenverbots
Nur noch der Verkauf von Lampen der Klassen A und B ist erlaubt, das sind die Spar- und LED-Lampen sowie einige wenige Halogenlampen. Die Klassen C bis G sind verboten. Die Einsparung beträgt 950 GWh/a gegenüber dem Verbrauch von 2012. Diese Einsparung ist aber nur möglich, wenn auch die Spotlampen einbezogen werden, was mit Stand 2011 zwar geplant, aber erst teilweise vollzogen ist.


Nach 2016:
Steigerung der Effizienz der Leuchtmittel der Klasse A um 30 Prozent
Diese Steigerung ist mit LED-Technik möglich. Sinnvoll wäre die Definierung einer Klasse A+ und evtl. auch A++. Es könnten weitere 300 GWh/a eingespart werden. Damit scheint aber das Potenzial der Verbrauchsreduktion mit technologischen Mitteln in den Haushalten erreicht.

 

 

Alle Informationen zum Thema Licht und LED stammen aus dem Fachbuch «Licht im Haus» von Stefan Gasser und Daniel Tschudy. Downloaden unter: www.elight.ch/weiterbildung.html
 

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