Planungshilfen zur LED-Beleuchtung - Luxstream - Begeisterung für Licht

06151 - 629 42 - 0   

Planungshilfen zur LED-Beleuchtung

Mit der LED-Beleuchtung erlebt die Beleuchtungsindustrie den größten Wandel in der weltweiten Beleuchtungsindustrie. Zur weiteren Verbreitung und Akzeptanz der LED-Technologie sind einheitliche Definitionen und Bewertungsverfahren notwendig, damit Aussagen relativiert und anwendungsorientiert verglichen werden können.

Einen Auszug der wichtigsten Begriffe und Ausdrücke rund ums Thema LED-Beleuchtung haben wir nachfolgend leicht und verständlich zusammengefasst. Den vollständigen Leitfaden vom ZVEI finden Sie auf dieser Seite als Downloaddatei.

Weitere Planungshilfen stellen wir ebenfalls zum download zur Verfügung.

Begriffe zur LED-Beleuchtung

Bemessungsleistung (W)
Die Bemessungsleistung ist die Wirkleistung der Leuchte, gemessen an der Bemessungsspannung. Dieser Wert wird für die Planung der Energieaufnahme der Leuchte verwendet und umfasst die Leistungsaufnahme aller in der Leuchte eingebauten und für deren Betrieb erforderlichen Komponenten (LED + LED-EVG + elektronischer Komponenten). Die Messung der Wirkleistung erfolgt bei 100-prozentiger Lichtleistung. Bei dimmbaren Leuchten werden Dimmstufen zurzeit nicht berücksichtigt. Die elektrische Leistung der gesamten LED-Leuchte wird in Watt (W) angegeben.
Bemessungslichtstrom (lm)
Der Bemessungslichtstrom einer Leuchte bezeichnet ihre gesamte Strahlungsleistung, die im sichtbaren Bereich in alle Richtungen abgestrahlt wird; er bezieht sich immer auf den angegebenen Neuwert des Lichtstroms, der von den LED in der Leuchte emittiert wird.
Lichtausbeute (lm/W)
Der gemessene anfängliche Lichtstrom (lm) wird durch die gemessene anfängliche Eingangsleistung (W) derselben LED Leuchte geteilt. Die Leuchten-Lichtausbeute wird in Lumen pro Watt (lm/W) angegeben und kann mit Einschränkung zur Bewertung der Energieeffizienz herangezogen werden.
Lichtstärkeverteilungskurve (LVK)
Die räumliche Verteilung der Lichtstärke einer Lichtquelle wird durch Lichtstärkeverteilungskurven beschrieben. Je nach Form und Symmetrieeigenschaften der Lichtstärkeverteilung einer Leuchte unterscheidet man tief strahlende, breit strahlende, symmetrische und asymmetrische Lichtstärkeverteilungen. Bei Leuchten wird darüber hinaus zwischen direkt strahlenden, direkt indirekt strahlenden und indirekt strahlenden unterschieden. Lichtstärkeverteilungen werden mit einem Goniophotometer ermittelt und sind in den lichttechnischen Planungsunterlagen dokumentiert.
Farbqualität
Die Farbqualität von weißem Licht wird durch Lichtfarbe, Farbwiedergabe und Farbtoleranz gekennzeichnet.
Farbtemperatur (K)

CIE FarbdiagrammDie Lichtfarbe von weißem Licht wird durch die ähnlichste Farbtemperatur gekennzeichnet und in K (Kelvin) angegeben. Dabei gibt es die Bezeichnungen warmweiß bis 3.300 K, neutralweiß von 3.300 K bis 5.300 K und tageslichtweiß über  5.300 K.

Farbwiedergabeindex (Ra oder CRI)
Trotz gleicher Lichtfarbe können LED-Leuchtmittel unterschiedliche Farbwiedergabe-Eigenschaften haben. Dies bedeutet, dass farbige Flächen bei gleich anmutenden weißen Lichtquellen verschiedene Farbeindrücke hinterlassen. Der Farbwiedergabeindex (Ra), der auch als CRI (Colour Rendering Index) bezeichnet wird, gibt an, wie viel Farbinformationen von der beleuchteten Fläche reflektiert werden.  Ein Beispiel: Mit 100 Ra erreicht das Sonnenlicht die maximale Farbwiedergabe. Die Ausleuchtung einer Fläche mit einer LED-Lichtquelle mit 80 Ra bedeutet, dass 80 % der Farbinformationen durch die Beleuchtung der LEDs reflektiert werden.
Farborttoleranz (Binning & MacAdam-Ellipsen)

MacAdam EllipseBei der Produktion von LEDs kommt es zu unvermeidlichen Toleranzen in Farbe und Helligkeit. Die Farbwertanteile einer bestimmten Farbe können durch x- und y-Koordinaten im CIE-Farbdiagramm exakt beschrieben werden. MacAdam-Ellipsen beschreiben einen Bereich im CIE-Farbdiagramm. Diese Ellipsen werden zur Unterscheidung zweier Lichtquellen herangezogen. Dabei geben Stufen das Maß für den Farbabstand von den x-/y-Koordinaten an. Lichtquellen mit einem Farbabstand einer 3-Stufen MacAdam-Ellipse unterscheiden sich weniger stark als zwei Lichtquellen, deren Farbabstand in etwa einer 5-Stufen-MacAdam-Ellipse entspricht. Insbesondere in Beleuchtungsanwendungen, in denen sich einzelne Lichtquellen in räumlicher Nähe befinden und gleichzeitig gesehen werden können, sollte auf geringe Farbabstände geachtet werden. Das Bild aus dem DIAL-Lichtlabor zeigt die Farbtemperatur 3000 K mit schlechten Binning.  Eine visuelle Unterscheidung ist bei einer Toleranz von 4-step MacAdam kaum zu unterscheiden. Das hohe Luxstream Qualitätsversprechen liegt bei 3- bis 4-step MacAdam.

Bemessungsumgebungstemperatur (ta)
Das Betriebsverhalten einer Leuchte wird durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. Mit dem Wert ta wird die höchste Bemessungsumgebungstemperatur festgelegt, bei der die Leuchte unter Einhaltung aller sicherheitsrelevanten Parameter betrieben werden darf.
Lebensdauerkriterien von LED-Lichtprodukten
Die Lebensdauer von LEDs bemisst sich nicht nur am Zeitpunkt ihres Totalausfalls: Der Großteil der LEDs fällt bis zu einem gewissen Zeitpunkt tatsächlich gar nicht aus, sondern seine Leuchtkraft nimmt im Laufe der Zeit ab (Degradation). Die Lebensdauer von LEDs, Modulen und Leuchten wird demzufolge begrenzt durch den Totalausfall derselben bzw. der zugehörigen Elektronik oder durch das Unterschreiten eines zuvor festgelegten Mindestlichtstroms.
Bemessungslebensdauer (Nutzlebensdauer)

Lichtstromverlauf ueber die BetriebszeitIm Zusammenhang mit der Lichtstromdegradation von LED-Leuchten spricht man von der Bemessungs- oder Nutzlebensdauer Lx, bei der der Lichtstrom auf einen Anteil x des ursprünglichen Lichtstroms zurückgeht. Typische Werte von ‚x‘ sind zum Beispiel 70 (L70) oder 80 Prozent (L80) bei einer bestimmten Bemessungs- oder Nutzlebensdauer.

 

 

Berücksichtigung des Lichtstromrückgangs (By)
Der Anteil der LED-Leuchten, die am definierten Lebensdauerende den angestrebten Lichtstrom von x Prozent (siehe x von Lx) unterschreiten, wird mit dem Begriff  gradual failure fraction‘ (By, siehe Abbildung 8) beschrieben (Anteil der Ausfälle durch allmählichen Lichtstromrückgang). Der allmähliche Lichtstromrückgang ist auf das betrachtete Produkt bezogen, LED-Leuchte bzw. LED-Modul, und kann durch allmählichen Rückgang des Lichtstroms oder auch Totalausfall einzelner LEDs auf dem Modul entstehen. Der Wert B50 bedeutet somit, dass 50 Prozent einer Menge gleichartiger LED-Leuchten den deklarierten Lichtstromanteil ‚x‘ am Ende der Bemessungslebensdauer ‚L‘ unterschreiten. Vereinzelt, in bestimmten Anwendungen, kann B10 von Interesse sein, also der Zeitpunkt, bei dem nur zehn Prozent der LED-Leuchten den deklarierten Lichtstromanteil ‚x‘ unterschreiten. Das B50-Kriterium (Medianwert) wird herangezogen, um den mittleren Lichtstrom funktionierender LED Leuchten am definierten Ende der Nutzlebensdauer Lx (x Prozent des Neuwerts) anzugeben (engl.: rated median useful life). Über die Lichtströme der einzelnen LED Leuchten oder deren genaue Verteilung sagt das By-Kriterium dagegen nichts aus.
Berücksichtigung von Totalausfällen (Cz)
Der Anteil der LED-Leuchten, die bis zum Erreichen des Endes der Bemessungslebensdauer ‚Lx‘ total ausgefallen sind, wird mit ‚Cz‘ beschrieben (abrupt failure fraction, auch ‚catastrophic failure‘ genannt). LED Leuchten mit nur einzelnen ausgefallenen LEDs oder auch LED Leuchten, bei denen nur einzelne LED-Module von mehreren ausgefallen sind, gelten nicht als Totalausfall. Zum Beispiel bedeutet der Wert C3, dass drei Prozent einer Menge gleichartiger LED-Leuchten innerhalb der Lebensdauer vollkommen ausgefallen sind und daher kein Licht mehr abgeben.

Flicker-free
Ein wichtiges Gütemerkmal für professionelle LED-Beleuchtung, insbesondere für die Anwendung im gewerblichen Bereich, ist die Flimmerfreiheit (flicker-free) sowie die Vermeidung von Stroboskopeffekten.

Unter Flimmern versteht man sich schnell wechselnde Helligkeitsgrade einer Leuchtquelle. Ist bei Leuchtmitteln ein Flackern zu beobachten – ob visuell wahrnehmbar oder außerhalb des visuell wahrnehmbaren Bereichs – hat dies unmittelbare Auswirkungen auf den menschlichen Organismus. So findet bei Lichtflimmern ein permanenter Anpassungsprozess statt, der Gehirn und Muskeln belastet und so den Körper unter Stress setzt. Symptome wie Kopfschmerzen, Erschöpfung, Müdigkeit oder Konzentrationsprobleme sind die Folge. Im schlimmsten Fall können bei Epileptikern sogar Anfälle hervorgerufen werden.

Eine Arbeitsgruppe innerhalb des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) beschäftigt sich mit Flimmern bei LED-Beleuchtungen und hat mit dem IEEE 1789 Standard eine Empfehlung zur Bewertung von LEDs veröffentlicht. Mit einem Fokus auf Forschung und Entwicklung bietet die Luxstream GmbH bereits Produkte an, deren Entwicklung und Messungen der Signalform und Ermittlung der Modulation und des Flicker Index nach dem IEEE 1789 Standard erfolgt ist.

So ist im Industriestrahler Industry 2.0 der flicker-free Betrieb längst Standard. Bei der Einlegeleuchte Office sowie der LED-Röhre Innovation ist flicker-free darüber hinaus als optionales Feature verfügbar.