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INHALT:

• Hocheffiziente LED-Streifen
• Welche LED-Streifen haben die höchste Effizienz?
• Effizienzunterschiede bei weißen LEDs
• Effizienz-Tricks bei LED-Streifen
• Effizienz oder Gleichmäßigkeit?

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Eine effiziente Lichtquelle bietet einen Vorteil, der ganz klar auf der Hand liegt:

Sie spart Energie und damit Kosten im täglichen Einsatz.

Daneben gibt es weitere Vorteile, die dem ein oder anderen eventuell nicht sofort in den Sinn kommen:

• Wir können bei gleicher Helligkeit ggf. kleinere Netzteile und LED-Treiber verwenden, da wir einfach weniger Leistung benötigen. Dies spart Kosten bei der Installation und die Bauteile benötigen weniger Platz.
• Durch die geringere benötigte Leistung können ggf. Kabelquerschnitte der Versorgungskabel kleiner ausfallen oder wir benötigen sogar generell weniger Kabel (Stichwort: Spannungsabfall)

Dass hocheffiziente LED-Streifen aber (neben dem meist höheren Preis) aber auch auf technischer Seite einen Nachteil haben, ist den wenigsten bewusst. Dies hängt mit dem Aufbau hocheffizienter LED-Bänder zusammen und ist etwas komplexer in der Erklärung. Wir behandeln diesen Nachteil daher erst weiter unten in einem separaten Abschnitt. Besonders für größere LED-Installationen ist dies aber ein überaus relevanter Punkt!

Schauen wir uns zuerst aber einmal ein, welche Effizienz-Werte wir aktuell bei LED-Streifen erreichen.

Hocheffiziente LED-Streifen

LED-Streifen werden heute mit Effizienzwerten von 100lm/W und deutlich darüber beworben. Selbst Modelle mit 200lm/W werden angeboten, wobei bei allen derartigen Angaben immer auch eine gesunde Skepsis mitschwingen sollte. Dem normalen Endkunden ist es schließlich i.d.R. nicht möglich, die Angaben belastbar zu überprüfen.

Dennoch haben wir mit modernen LEDs, insbesondere weißen LEDs, eine hocheffiziente Lichtquelle. Hier einige traditionelle Lichtquellen im Vergleich zu modernen LEDs:

Im Vergleich zur traditionellen Glühlampe erreichen moderne LEDs also durchaus die 10 – 20 fache Helligkeit. Das bedeutet, dass für den Lichtstrom einer 100 Watt Glühlampe ggf. LEDs mit nur 10 oder gar 5 Watt genügen können. Zu beachten ist hierbei aber natürlich immer auch der Aufbau der fertigen Lichtquellen (z.B. LED-Steifen in einem Aluprofil mit milchiger Abdeckung) und die Verluste durch die Ansteuerung (mit LED-Treibern etc.). Fallen Sie nicht auf völlig übertriebene Marketing-Versprechen der Industrie herein. Mit der 10-fachen Effizienz kann man aber i.d.R. gut rechnen.

Auch im Vergleich zu Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen weißen LEDs i.d.R. eine deutlich höhere Effizienz auf. Da aber gerade die klassischen Leuchtstoffröhren (wie T5 oder T8) durchaus schon hohe Effizienzwerte von bis zu 100lm/W erreichen können, ist die Stromersparnis beim Umstieg auf LED nicht so signifikant, wie im Vergleich zu Glühlicht.

Welche LED-Streifen haben die höchste Effizienz?

Nicht alle Arten von LED-Streifen erreichen Effizienzwerte von 100lm/W und mehr.

Anders sieht dies bei modernen weißen LED-Streifen aus. Das weiße LED-Licht liegt zu einem großen Teil innerhalb der höchsten spektralen Empfindlichkeit unseres Auges und da weiße LEDs in riesigen Stückzahlen am Markt benötigt werden, investiert die Industrie hier auch das meiste Forschungsgeld in Effizienzsteigerungen.

Effizienzunterschiede bei weißen LEDs

Innerhalb der weißen LEDs gibt es hier noch einmal Unterschiede. Das weiße Licht wird durch einen Auftrag von Phosphor auf ursprüngliche blaue LED-Chips erzeugt. Mehr Phosphor bringt das Licht weiter in Richtung Warmweiß und damit auch etwas vom spektral empfindlichsten Bereich unseres Auges weg. Daher sind warmweiße LEDs im direkten Vergleich etwas weniger effizient als neutralweiße und kaltweiße LEDs. Hier ein direkter Vergleich ansonsten identischer LED-Bänder:

Wir sehen, dass die neutralweiße Variante eine etwa 120lm/m höhere Helligkeit aufweist, was eine Steigerung von ca. 14% entspricht. 14% sind in der Lichtplanung ein eher geringer Unterschied und von einem durchschnittlichen Menschen nur im direkten Vergleich überhaupt wahrnehmbar. Dies liegt an der nicht linearen, sondern logarithmischen Empfindlichkeitskurve des Auges. Erst eine Helligkeitssteigerung um 30% ist wirklich relevant.

Das viele Menschen kältere Lichtfarben generell als deutlich heller im Vergleich zu wärmeren empfinden liegt weniger an diesem vergleichsweise geringen Unterschied in der Effizienz, sondern viel mehr an einem subjektiven Empfinden. Kühles weißen Licht assoziieren wir mit dem Sonnen- und Tageslicht – also sehr hellen Lichtsituationen. Wärmere Lichtfarben eher mit Feuer, Kerzen und Glühlicht – was für wesentlich weniger helle Lichtstimmungen steht. Das auch warmweißes Licht sehr hell und effizient sein kann, hat sich erst mit der Entwicklung der LED-Technik so richtig verbreitet.

Ein weiterer Effizienzunterschied bei weißen LED entsteht durch verschiedene Farbwiedergabe-Qualitäten (CRI). Die LED-Streifen oben haben alle eine sehr gute Farbwiedergabe von CRI>90. LEDs mit schlechterer Farbwiedergabe (CRI>80 sind sehr verbreitet) erreichen generell eine höhere Effizienz als solche mit sehr guter Farbwiedergabe. Auch hier liegen die Unterschiede aber bei geringen 10 bis max. 20% – sind also wenig relevant.

Effizienz-Tricks bei LED-Streifen

Fassen wir die bisher erwähnten Möglichkeiten, für LED-Streifen mit höherer Effizienz zusammen:

• Rein weiße LED-Streifen ohne Farb-LEDs verwenden
• Neutral- und kaltweiße LEDs anstatt warmweißer
• LEDs mit niedrigerer Farbwiedergabe (CRI)

Hersteller von LED-Streifen können natürlich generell teurere, höher effiziente LEDs einsetzen. So gibt es nach wie vor Verbesserungen und damit Effizienzsteigerungen in der LED-Entwicklung, so dass sehr moderne LED-Typen hier im Vorteil sind. Weiterhin unterliegen LEDs in der Produktion immer einer gewissen Streuung und werden anschließend sortiert (Binning). Die effizientesten und damit hellsten Bins sind hier natürlich auch die teuersten.

Die mit Abstand am häufigsten anzutreffende Möglichkeit, die Effizienz von LED-Streifen zu erhöhen, ist jedoch eine andere und sie hat mit dem generellen Aufbau von LED-Streifen zu tun.

Effizienz oder Gleichmäßigkeit?

LEDs benötigen eine gewisse Spannung, damit Sie leuchten. Bei weißen LEDs sind dies i.d.R. um die 3 – 3,5 Volt. Für einen klassischen 12V oder 24V LED-Streifen werden daher auf dem LED-Band stets mehrere LEDs in Reihe geschaltet. Bei 12V sind es i.a.R. 3 LEDs in Reihe, bei 24V sind es 6 LEDs oder mehr:

Bei einem 24V LED-Band können wir demzufolge rechnen: 6 x 3,5V = 21V.

Zu 24V fehlen hier noch 3 Volt und damit die LEDs keine zu hohe Spannung erhalten, wird ein Vorwiderstand benötigt, der die überschüssige Spannung „verbrät“. Dieser Puffer ist auch wichtig, da über die Länge eines LED-Bandes generell ein Spannungsabfall entsteht. Der Vorwiderstand sorgt hier mit dafür, dass die LEDs länger eine in etwa gleichbleibende Helligkeit behalten und meist wird der Vorwiderstand hier auch etwas größer dimensioniert. So werden die LEDs dann nur mit 3V oder noch weniger betrieben, was die Lebensdauer erhöht und den Helligkeitsabfall reduziert.

Je größer der Vorwiderstand, desto stärker sinkt die Effizienz des LED-Streifens. Für hocheffiziente LED-Streifen wird daher versucht, den Vorwiderstand möglichst klein zu halten. Oft werden dann nicht 6, sondern 7 oder gar 8 LEDs in einem Segment verbaut. So ergeben 8 LEDs mit je 3V bereits 24V, so dass der Vorwiderstand minimal ausfallen kann. Das LED-Band wird hocheffizient aber ohne den Puffer des Vorwiderstandes sinkt die Helligkeit über die Länge des LED-Bandes rapide ab. Ggf. haben Sie hier nach nur 1m z.B. nur noch den halben Lichtstrom.

Beim Einsatz hocheffizienter LED-Streifen gilt es dies zu berücksichtigen. Sehen Sie also ein 24V LED-Band mit 7 oder gar 8 LEDs pro Segment, müssen hier wesentlich häufiger die 24V neu ins LED-Band eingespeist werden, damit alles gleichmäßig hell leuchtet.

Eine Möglichkeit, dem Helligkeitsabfall bis zu einer gewissen Länge effektiv entgegen zu wirken, besteht im Einsatz von integrierten Konstantstromquellen.

Zur Steuerung der LED-Streifen, also zum Dimmen oder auch zum Verändern der Farbe bzw. Farbtemperatur, werden passende LED-Controller benötigt.

LED-Controller werden stets zwischen Netzteil und LED-Streifen installiert, d.h. sie besitzen einen Eingang für das Netzteil und einen oder mehrere Ausgänge für LED-Streifen.

Viele LED-Controller arbeiten mit Funksteuerungen, aber es gibt auch andere Systeme.

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INHALT:

• Funk LED-Controllern
  • Funk-LED-Dimmer
  • Controller für Farbtemperatur-Steuerung (CCT)
  • RGB & RGBW-Controller
• Kabelgebundene Controller
  • PushDim & 1-10V
  • DALI & KNX
• Smarthome / ZigBee
  • Sprachsteuerung

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Typen von LED-Controllern

Je nach gewünschter Bedienung lassen sich LED-Controller in verschiedene Typen unterscheiden. Wohingegen der eine eine flexible Funk-Steuerung mit möglichst wenig Verkabelungsaufwand bevorzugt, möchte ein anderer eine absolut zuverlässige, kabelgebundene Steuerung und der Nächste eine Integration in ein Smarthome-System, ggf. sogar mit Sprachsteuerung.

Klassische Funk-LED-Controller

Für viele Installationen ist eine Funk-Lösung die naheliegendste Wahl. Im Gegensatz zu alten oder sehr billigen Controller-Lösungen mit Infrarot (IR) Fernbedienungen benötigen höherwertige RF-Funk-Controller keine Sichtverbindung zwischen Controller und Steuerung. Die Kommunikation findet hier typischerweise im 433 MHz oder 868 MHz Band (seltener auch über 2,4 GHz) statt und kann durch Wände, Fenster, Türen usw. dringen.

Im sogenannten „Freifeld“ – also ohne Wände und andere Elemente zwischen Steuerung und Controller – werden durchaus Reichweiten von 15 – 20m und mehr erreicht, dazwischen liegende Wände, Möbel, abgehängte Decken usw. verringern natürlich die Reichweite. Holz, Gipskarton, Kunststoff usw. beeinflussen die Reichweite wenig. Schwieriger sind dickes Mauerwerk, Beton und natürlich Metall. Für typische LED-Installationen in Wohnungen oder kleineren gewerblichen Räumen, ist die Reichweite der Funkverbindung bei modernen RF-Controllern aber in aller Regel absolut ausreichend.

Neben klassischen Funkfernbedienungen gibt es bei vielen Systemen auch Funk-Wandsteuerungen, die z.B. wie klassische Lichtschalter oder Drehregler aussehen, aber rein über Funk arbeiten:

All diese Funksteuerungen werden dann über einen einfachen Anlernprozess mit dem LED-Controller verbunden.

Andere Controller arbeiten ohne Anlerntaste und lassen sich in einem kurzen Zeitfenster direkt nach Anlegen der Spannung (vom Netzteil) anlernen.

Funk-Controller für Farbtemperatur-Steuerung (CCT)

Neben Funk-Controllern für die reine Helligkeitsanpassung (also Dimmern) gibt es auch solche, die neben der Veränderung der Helligkeit auch die Veränderung der Farbtemperatur bei LED-Streifen erlauben. Natürlich werden hierfür entsprechende CCT-LED-Streifen benötigt, die warm- und kaltweiße LEDs kombinieren.

Funk-Controller für RGB & RGBW

Natürlich gibt es auch für RGB und RGBW-LED-Streifen entsprechend passende Controller-Lösungen. Auch diese erlauben neben der Farbregelung gleichzeitig das Dimmen der LEDs.

Da sowohl CCT- als auch RGB- und RGBW-LED-Streifen stets mehrere Anschlusskabel besitzen benötigen Sie hier auch einen Controller, der dies unterstützt und mehrere Ausgänge (2, 3 oder 4) bietet. Achten Sie hier auf die korrekte Wahl des Controllers und fragen Sie ggf. beim Händler nach.

Es gibt auch sogenannten Universal-Controller, die alles beherrschen. Je nach Wahl der Funksteuerung können diese dann einfache weiße, CCT- und RGB- sowie RGBW-LED-Streifen steuern. Die Ausgänge sind entsprechend mit „V+“, „RGBW“ oder „ww“ und „cw“ beschriftet, so dass man weiß, wo jedes Kabel angeschlossen werden muss.

Kabelgebundene LED-Controller

Bei Installationen mit eher unsicherer Funkverbindung, weil z.B. dicke Betonmauern u.a. das Funksignal stark blockieren, lohnt es, stattdessen über ein kabelgebundenes System nachzudenken. Der Installationsaufwand ist mit einer Steuerung über Kabel natürlich höher als bei reinen Funkverbindungen, aber wenn man es von Anfang an mit berücksichtigt, ist i.d.R. alles gut lösbar. Oft müssen z.B. für die Stromversorgung von LED-Streifen und Controller sowieso noch Kabel gezogen werden und dann kann eine entsprechende Steuerleitung gleich mit bedacht werden.

Je nach gewünschter Komplexität und dem Funktionsumfang gibt es ganz unterschiedliche Systeme der kabelgebundenen Steuerung von LED-Streifen.

PushDim und 1-10V

Das wohl einfachste System der kabelgebundenen Steuerung ist PushDim. Hier muss lediglich über ein 2-adriges Kabel ein beliebiger Taster am LED-Controller angeschlossen werden und schon lassen sich über diesen die LED-Streifen dimmen und schalten. Da über die Steuerleitung keine nennenswerte Leistung fließt, ist dies auch über sehr lange Kabelstrecken und mit dünnen Zwillingslitzen möglich.

Das folgende Video zeigt eine einfache PushDim-Installation mit dem LED-Controller LK55-2:

Es gibt auch PushDim-Lösungen, die neben dem Dimmen sogar noch eine Veränderung der Farbtemperatur ermöglichen. Entsprechende CCT-LED-Streifen natürlich voraus gesetzt.

DALI & KNX

PushDim und 1-10V erlauben es nicht, von einer Stelle aus mehrere Controller unterschiedlich anzusteuern. Möchten Sie z.B. von einer zentralen Stelle aus das Wohnzimmer, den Essbereich, die Küche und vielleicht noch den Flur steuern, dann benötigen Sie hier entweder sehr viele Taster und Regler oder ein System, dass Adressierung beherrscht.

Dies ist z.B. mit DALI und mit KNX möglich. Beides sind absolute Standards in der Lichtsteuerung, wobei speziell KNX hier noch deutlich mehr kann, u.a. Klima, Heizung, Rollläden uvm.

Sowohl bei DALI als auch bei KNX wird jeder Leuchte – in unserem Fall jedem Controller – eine eindeutige Adresse zugewiesen. Eine BUS-Leitung verbindet dann alle Leuchten, Controller, Taster, Bewegungsmelder usw. mit einer Zentrale, in der die entsprechenden Zuweisungen – also Taster X steuert Controller Y usw. – programmiert werden.

Das KNX-System arbeitet ähnlich, ist aber noch einmal wesentlich umfangreicher und auch teurer. Es gibt auch Konverter, die ein größeres KNX-System mit DALI verbinden, so dass man auch innerhalb KNX die günstigeren DALI-Controller verwenden kann.

Generell sind beide Systeme für große Projekte geeignet. Wenn also z.B. ein komplettes Haus flexibel steuerbar sein soll. Für einen einzelnen Raum wäre insbesondere KNX doch deutlich überdimensioniert. Sowohl DALI als auch KNX werden zu den kabelgebundenen Smarthome-Systemen gezählt.

Moderne Smarthome LED-Controller

Neben DALI und KNX gibt es viele weitere, modernere Smarthome-Systeme, die i.a.R. auf einer Funk-Kommunikation basieren. Dazu gehören z.B. Casambi, Z-Wave oder das komplett batterielose EnOcean. Das aktuell wohl erfolgreichste System im privaten Bereich ist aber sicher ZigBee – vorangetrieben insbesondere von PHILIPS mit dem HUE System.

ZigBee Controller

ZigBee ist ein weltweit standardisiertes Funk-Protokollsystem zur Beleuchtungssteuerung. Der aktuelle Standard ist ZigBee 3.0. Zahlreiche Hersteller unterstützen ZigBee und entwickeln Leuchten, Lampen, Steuerungen, Bewegungsmelder und mehr dafür. Einer der erfolgreichsten Hersteller hier ist PHILIPS mit dem HUE-System, aber z.B. auch das IKEA Smarthome Lichtsystem basiert auf ZigBee und ist so zu anderen ZigBee-Komponenten kompatibel.

Zentrales Steuerelement bei ZigBee ist typischerweise eine App (für Android oder IOS), in der sich alle eingebundenen Leuchten und Lampen organisieren lassen. Bis zu 50 Komponenten lassen sich miteinander verbinden, was für die meisten Haushalte locker genügen sollte.

Folgendes Video zeigt die Einbindung eines RGBW-LED-Streifens mittels ZigBee-Controller in PHILIPS HUE:

Sprachsteuerung von LED-Streifen

Mit modernen Sprachassistenten, wie Amazon ALEXA oder Google Home lässt sich ebenso die Beleuchtung steuern. Viele moderne Smarthome-Systeme, wie ZigBee oder Z-Wave lassen sich recht einfach integrieren. Einige Smartspeaker, wie z.B. Amazons ECHO 4 oder das ECHO Plus können dabei sogar direkt ZigBee steuern, da ein ZigBee-Modul verbaut ist. Andere Systeme können über ein Gateway angebunden werden.

Die Einrichtung erfolgt ebenfalls per App. Anschließend kann per Sprachbefehl das Licht geschaltet, gedimmt und in der Farbe verändert werden. Typischerweise arbeitet man hier dann in Lichtszenen, d.h. man richtet alle Lampen und Leuchten passend ein und speichert dies dann als eine Lichtszene, z.B. „Fernsehlicht“ ab. Per Sprache kann man dann einfach immer wieder diese Lichtszene aufrufen.