Elektrotechnik

Beleuchtung

Quelle für das folgende Kapitel:

Tanja Knura
Dipl.-Ing. Innenarchitektin, Tageslichtarchitektin M. Sc.
Kontakt: lichtundraum@tanjaknura.de


Bei der Lichtplanung sollte in erster Linie auf die Raumnutzung geachtet werden, also ob es sich um private oder um öffentlich bzw. gewerblich genutzte Räume handelt. LED-Lampen und -Leuchten haben sich heutzutage als Beleuchtungsstandard durchgesetzt. Dabei wird unterschieden zwischen Leuchten mit fest verbauten LED-Chips und solchen, in die die Lampe als Retrofit-Leuchtmittel eingesetzt wird.

Wichtig: LED-Chips und LED-Lampen sind im Gegensatz zu Glüh- oder Halogenlampen nicht genormt. Die Lichtqualität von LEDs kann sich also von Lampe zu Lampe deutlich unterscheiden.

Auf diese Eigenschaften und Qualitätsmerkmalen sollte beim Kauf von LED-Leuchten geachtet werden:


Lichtverteilung

Eine diffuse Lichtverteilung erhellt den Raum gleichmäßig, setzt jedoch keine Akzente. Eine gerichtete Lichtverteilung hingegen erzeugt durch Licht und Schatten mehr Dreidimensionalität und setzt Bereiche oder Objekte in Szene. Die optimale Lichtverteilung entsteht aus einer Kombination beider Techniken.


Lichtfarbe

Die Lichtarbe wird in Kelvin [K] angegeben. Je höher die Kelvinzahl ist, desto weißer die Lichtarbe.  Eine ungedimmte Halogen-Niedervoltlampe mit 50 W weist hier einen Wert von ca. 3 200 K auf.  Bei LED-Lampen mit 3 000 Kelvin spricht man von neutral-weißem Licht.

Für die Abendstunden empfiehlt sich ein wärmeres Licht von 2 700 Kelvin, vor allem in privaten Wohnräumen. In Büros hingegen wird eher die Lichtarbe 4 000 Kelvin gewählt.

Das hat folgenden Hintergrund: Wenn man den Lichtverlauf über den Tag hinweg beobachtet, ist das Licht gegen Mittag sehr hell (ca. 5 000 bis 6 000 Kelvin) bei einer sehr hohen Lichtmenge (Beleuchtungsstärke). Zum Abend hin verändert sich die Lichtarbe langsam, das Tageslicht wird rötlicher und wärmer, und auch die Lichtmenge nimmt stark ab.

Die hohe Lichtmenge mit seiner sehr kühlen Lichtarbe wirkt sich förderlich auf das Aktivitätsniveau von Menschen aus; eine warme Lichtfarbe mit weniger Lichtmenge hingegen hat einen beruhigenden Effekt.

Aus diesem Grund sollte man darauf achten, dass Leuchtmittel mit kühlerer Farbe größere Lichtmengen (Lumen) abgeben und Leuchtmittel mit wärmerer Lichtarbe eher geringe Mengen.

Dieser Effekt wird auch als Behaglichkeitskurve bezeichnet.

Lichtfarbe-5000K-Beleuchtungsstärke-500lx

Lichtfarbe 5 000 K, Beleuchtungsstärke 500 lx (tagsüber)

Lichtfarbe-3000K-Beleuchtungsstärke-300lx

Lichtfarbe 3 000 K, Beleuchtungsstärke 300 lx (abends)

 

 


Farbwiedergabe

Ein weiterer wesentlicher Aspekt bei der Wahl der Leuchtmittel ist die Farbwiedergabe. Diese ist ein Qualitätsmerkmal von Licht. Sonnenlicht enthält alle Spektralfarben und kann daher alle Farben eines beispielsweise beleuchtenden Objekts oder Materials natürlich aussehen lassen.

Das weiße Licht von LED-Chips wird durch Lichtmischungen monochromatischer Farben erzeugt.  Fehlt eine Farbe dabei ganz, kann ein Material oder Objekt nicht natürlich wiedergegeben werden.

Die Farbwiedergabe eines Leuchtmittels wird als Ra- oder CRI-Wert (Colour Rendering Index) angegeben.  Dieser sollte möglichst 90 übersteigen.

Insgesamt sollte bei der Planung von Licht in Innenräumen nicht nur auf Funktion, sondern auch auf den Aspekt des Wohlbefindens geachtet werden.

„Zuviel Licht ist zum Sehen ebenso unbequem als zu wenig“  (Christoph Martin Wieland)

Farbwiedergabe RA > 90

Farbwiedergabe-RA Farbwiedergabe RA < 90[/caption]  


Anmerkung:

Leuchtstofflampen sollten wegen ihres hohen Quecksilbergehalts (15 mg) vermieden werden, genauso wie Energiesparlampen (5 mg). Quecksilber ist hochgiftig, daher kann es bei einem Bruch zu gesundheitlichen Schäden können. Ferner verursacht die Entsorgung als Sondermüll einen zusätzlichen Mehraufwand.


Bewegungsmelder und Präsenzmelder

Präsenzmelder registrieren im Gegensatz zu Bewegungsmeldern auch kleinste Bewegungen, etwa das Tippen auf einer Tastatur. Ein weniger empfindlicher Bewegungsmelder reduziert die Brenndauer einer Lampe, was zu geringeren Energiekosten und erhöhter Lebensdauer des Leuchtmittels führt.

Daher empfiehlt sich der Einsatz von Bewegungsmeldern vor allem in wenig genutzten Bereichen wie Flur, Abstellkammer oder Keller. Für Außenbereiche können diese zusätzlich mit Tiererkennung ausgestattet werden. In Wohn- und Arbeitsbereichen sollte die Lichtregelung weiterhin manuell erfolgen.


Photovoltaik

Photovoltaik ist die direkte Umsetzung von Licht in elektrische Energie mithilfe von Solarzellen. Besonders lukrativ ist derzeit ein möglichst hoher Anteil an Eigennutzung des erzeugten Stroms, da die Preise für die Einspeisung immer weiter fallen. Hier bietet sich der Einsatz eines Stromspeichers an (Förderprogramm KFW 275). Bis zu einer Anlagengröße von 9,9 kWp entstehen keine Kosten durch die EEG-Umlage. Ab 10 kWp sind für den selbst genutzten Anteil 40 % EEG-Umlage zu leisten. Das entspricht derzeit 2,72 ct/kWh (Stand: August 2018). Weiterhin gilt eine Befreiung von der EEG-Umlage bei Inselanlagen ohne Verbindung mit dem öffentlichen Stromnetz oder Einspeisern ohne Vergütung (komplette Solarstromversorgung). Möglich sind auch Ausführungen als In-Dach-, Auf-Dach- und gebäudeintegrierte Photovoltaik-Module.

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 1.300-1.500 € pro kWp (13.000-15.000 € für 9,9 kWp) Rohstoffkosten: 0,- €

Laufende Betriebskosten: 0,- €

Wartung: Alle 10 Jahre Austausch des Wechselrichters (2.000 €) + Reinigung durch Fachfirma, Austauschintervall der Akkus variiert je nach Hersteller

Förderung: KfW-Kredit

Vorteile:

  • Eigennutzung des kostenlos erzeugten Stroms
  • Einspeisevergütung
  • Regenerative Energie

Nachteile:

  • Platzbedarf für Wechselrichter
  • Speichersysteme noch nicht gut entwickelt

kWp

Kilowatt peaks oder kWp bemessen die Nennleistung einer Photovoltaikanlage unter genormten Bedingungen, welche in der Praxis jedoch meist abweichen. Die Leistung in kWp wird im Labor in fest definierter Umgebung gemessen, um Module untereinander vergleichen zu können.


Arten: Polykristallin, Monokristallin, Dünnschicht

Polykristalline Siliziumzellen: Wirkungsgrad ca. 18 %, teurer und schwerer als Dünnschicht, verliert weniger Leistung über die Lebenszeit als monokristalline Ausführungen, weit verbreitet und preiswert, bläuliche Optik

Monokristalline Siliziumzellen: Wirkungsgrad ca. 20 %, etwas teurer und besseres Schwachlichtverhalten als polykristalline Ausführungen, weniger Dachfläche notwendig, dunkelblaue bis schwarze Optik

Dünnschicht: Wirkungsgrad ca. 10 %, besseres Preis-Leistungs-Verhältnis bei diffusen Lichtverhältnissen oder ungünstiger Dachausrichtung, jedoch mehr Dachfläche notwendig, geringeres Gewicht.

Weitere Modularten existieren, können aber aufgrund ihrer Neuartigkeit noch nicht qualifiziert beurteilt werden oder befinden sich derzeit noch im Entwicklungsstadium. Es empfehlt sich, den technologischen Fortschritt zu beobachten. Sogenannte Hybridkollektoren liefern beispielsweise sowohl elektrischen Strom als auch thermische Energie für Warmwasser. Positiver Zusatzeffekt: Durch die Kühlung der Module lässt sich ein höherer Wirkungsgrad erzielen.


Geldfluss

Da mittlerweile die Einspeisevergütungen für selbst erzeugten Strom stark gesunken sind, ist eine Eigennutzung des Stroms besonders rentabel geworden. Bei Gesprächen über Photovoltaik-Anlagen ist oft die Rede von der Eigenverbrauchsquote, welche besagt, welcher Anteil des erzeugten Stroms selbst verwendet wird. Je höher der Verbrauch des gerade produzierten Stroms, desto höher ist die Eigenverbrauchsquote.

Für eingespeisten Strom erhält man im Schnitt: 0,11 €/kWh
Ersparnis für selbst genutzten Strom: 0,25 €/kWh
Kosten für Restbezug: 0,25 €/kWh (Preise: Stand August 2018)

Beispielrechnung

Anlagengröße: 9,9 kWp

Stromverbrauch im Jahr: 4 000 kWh (= 1.000 €), bei 25 Cent/kWh Strompreis Ertrag PV-Anlage: 9 500 kWh

Eigenverbrauchsquote: 30 % (= 2 850 kWh) Ersparnis: 2 850 kWh * 0,25 €/kWh = 712,50 €

Einspeisung: 6 650 kWh (9 500 kWh – 2 850 kWh) Einspeisevergütung: 6 650 kWh * 0,11 €/kWh = 731,50 €

Stromkosten: 4 000 kWh – 2 850 kWh = 1 150 kWh * 0,25 €/kWh = 287,50 € Gewinn: 731,50 € – 287,50 € = 444 € (Einspeisevergütung minus Stromkosten)


  • Eine PV-Anlage amortisiert sich in der Regel nach 10 Jahren
  • Zudem reduziert sich der CO2-Ausstoß um 633 g/kWh * 2 850 kWh = 1 804 kg
  • Stromspeicher ist zudem förderbar

Elektroladesäulen

Im Zuge der Verbreitung von Elektrofahrzeugen (Autos, E-Bikes) ist es ratsam, eine Station zur Aufladung in der Garage einzurichten. Hierfür sollte eine Starkstromleitung, ein Netzwerkkabel oder zumindest ein Leerrohr von der Elektroverteilung bis in die Garage gelegt werden, um ohne große Umstände eine Ladesäule nachrüsten zu können.

Es existieren bereits Konzepte, die Elektroautos mit dem Stromnetz interagieren lassen. Das bedeutet, dass die Akkus in den Elektrofahrzeugen als Stromspeicher und auch Stromlieferant für das Stromnetz dienen. Ein intelligentes Steuerungssystem regelt dabei die Lade- und Entladevorgänge in den Fahrzeugen, damit zu vordefinierten Zeiten ein geladenes Auto zur Verfügung steht. Das Fahrzeug kann auf diese Weise als Stromspeicher für den Haushalt dienen: Wird gerade kein Strom durch die Photovoltaik-Anlage erzeugt, kann dieser aus dem Speicher des Elektrofahrzeugs entnommen werden. Auch Elektrofahrräder und andere Geräte können in dieses Netzwerk eingebunden werden.


Stromanbieter

Große Energiekonzerne und Discounter bieten neben grünen auch konventionelle Strom- und Gastarife an. Sie halten somit Anteile an Kohle- oder Atomkraftwerken und verdienen am alten System mit. Wer das nicht unterstützen will, wählt einen unabhängigen Anbieter, welcher ausschließlich erneuerbare Energien nutzt: Naturstrom, LichtBlick, Edelweiß, Greenpeace Energy oder EWS Schönau.