Was wäre Weihnachten ohne Elektrotechnik? Ganz schön dunkel.

Als energiesparende Lösung sorgen LEDs dafür, dass die Weihnachtszeit sich mit Licht erfüllen lässt, ohne Unmengen an Strom zu verschlingen. Denn im Vergleich zur Glühbirne bringen LEDs eine Energieersparnis von circa 85 Prozent, da sie die Energie zum Großteil in Licht und nicht in Wärme umsetzen.

Haushaltsübliche LEDs erreichen aufgrund der hohen Effizienz eine Lichtausbeute von rund 180 lm/W, wohingegen zum Beispiel Halogenlampen lediglich bei 25 lm/W liegen. Selbst Energiesparlampen erreichen nur 86 lm/W. Doch  was zählt in der Entwicklung und Herstellung von LEDs, damit Verbraucherinnen und Verbraucher sie bedenkenlos verwenden können?

Wie LEDs sicher werden

Durch elektrotechnische Normen werden Anforderungen beschrieben, worauf Hersteller von LEDs zu achten haben. Ein großer Bereich ist dabei das Thema Sicherheit, wozu zum Beispiel der Schutz vor einem elektrischen Schlag zählt. Werden LEDs als Lichtquellen in eine Leuchte verbaut, muss das Gesamtsystem bei einem Fehler zudem ausreichenden Schutz vor elektrothermischer Brandgefahr bieten.

Ein weiterer zentraler Aspekt ist die sogenannte Blaulichtgefahr. Je kälter die Farbtemperatur einer Lichtquelle und je länger das Auge ihr ausgesetzt ist, desto größer wird das Risiko, dass es Schaden nimmt. Für Kinderspielzeug, das besonders strenge Vorgaben erfüllen muss, legen Normen sogar bestimmte Grenzwerte für Lichtfarbtemperaturen fest, die nicht überschritten werden dürfen. Für Taschenlampen gibt es zwar keine Grenzwerte, aber sie sind kennzeichnungspflichtig, das heißt, Anwender*innen müssen darauf hingewiesen werden, dass sie nicht direkt in das Licht schauen dürfen.

Wie LEDs nachhaltig werden

Mit Blick auf die Nachhaltigkeit von LEDs steht die Energieeffizienz im Fokus. Hier schafft seit 2021 das neue EU-Energielabel für Elektronikprodukte Transparenz für Verbraucherinnen und Verbraucher. Für Lichtquellen zeigt es anhand der Energieeffizienzklassen A bis G auf, wie viel Lumen pro Watt erzeugt werden. Zudem wird angegeben, wie viel Energie eine Lichtquelle in 1.000 Betriebsstunden verbraucht, und welche Lebensdauer zu erwarten ist.

Empfehlenswert ist es beim Kauf zudem, darauf zu achten, ob das ausgewählte Produkt von einem Prüfinstitut typgeprüft ist. Nur dann ist sichergestellt, dass die Vorgaben aus den Normen eingehalten werden – bei Lichterketten ist dies vor allem beim Trafo wichtig. Das allseits bekannte CE-Zeichen im Rahmen der EU-Konformitätserklärung hingegen ist lediglich eine Herstellerangabe, die nicht unabhängig überprüft wurde.

LEDs sparen nicht nur jede Menge Strom, sie lassen sich auch sehr gut in smarte Beleuchtungskonzepte einbinden. Die schöne weihnachtliche Atmosphäre sorgt somit in den Abendstunden für Freude, nachts wird sie automatisch abgeschaltet – für Nachbarn ebenso angenehm wie für die Umwelt, Stichwort Lichtverschmutzung.

EMV: Nicht die falsche Lichterkette ausschalten

Damit die Steuerung per App. & Co. reibunbslos funktioniert, ist ein zentraler Punkt die sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV. Denn elektrotechnische Produkte müssen nicht nur einwandfrei funktionieren und im Betrieb sicher sein, sie dürfen auch während des Betriebes keine anderen Geräte beeinflussen und oder unzulässige Netzrückwirkungen verursachen.

Geht es wie bei Smart Home-Anwendungen um Funkübertragungen, die per WLAN oder Bluetooth funktionieren, muss die effektive und effiziente Nutzung des Funkspektrums sichergestellt sein. Die Vorgaben in den entsprechenden Normen gewährleisten, dass das eigene System andere nicht beeinflusst und die Lichterkette des Nachbarn ausschaltet – oder anders herum.

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Von den einzelnen LEDs über smarte Beleuchtungskonzepte geht die Kurve am Ende zum Smart Grid – dem smarten Stromnetz, das Energieerzeugung und -verbrauch aufeinander abstimmt. Der Dezember ist in Deutschland interessanterweise ein Monat, in dem in Summe weniger Energie verbraucht wird als sonst, da Sektoren wie Industrie oder Handel über die Weihnachtsfeiertage beinahe stillstehen. Es gibt allerdings eine Ausnahme, für die Energieversorger sogar einen eigenen Namen kreiert haben: Der erste Weihnachtsfeiertag verursacht die sogenannte Gänsebratenspitze, denn der private Stromverbrauch steigt an diesem Tag um circa 10 Prozent an.

Damit solche Verbrauchsspitzen nicht doch noch dazu führen, dass an Weihnachten alle LEDs ausgehen, ist im Hintergrund die passgenaue Steuerung von Erzeugungsanlagen und Verbrauchseinrichtungen in Echtzeit erforderlich. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien gewinnen Energiemanagementsysteme zunehmend an Bedeutung, weshalb derzeit der Smart-Meter-Rollout auf Hochtouren läuft und normative Vorgaben zur netzorientierten Steuerung erarbeitet bzw. erweitert werden.

Zukunftsmusik (1): Microgrids für den Weihnachtsmarkt

Um das Stromnetz noch sicherer und flexibler zu machen, sollen in Zukunft noch umfassendere Konzepte zum Tragen kommen. Im Kern stehen die sogenannten Inselnetze (Microgrids), also kleine Einheiten, die unabhängig vom großen Gesamtnetz funktionieren können. In der international viel beachteten Studie „Der zellulare Ansatz“ hat der VDE aufgezeigt, wie zum Beispiel solche Inselnetze die Folgen von Stromausfällen abfedern können. Doch was bedeutet das konkret im Alltag?

Stürzt zum Beispiel der Weihnachtsbaum auf dem Marktplatz auf eine Stromleitung, muss der Netzbetreiber informiert werden und für eine Lösung sorgen – ein Ablauf, der durchaus Zeit in Anspruch nehmen kann. Wird künftig mit Inselnetzen gearbeitet, könnte eine Nachbargemeinde mit Stromüberschüssen aus Biogas- oder Photovoltaik-Anlagen der betroffenen Gemeinde diesen Strom zur Vergügung stellen. Der Prozess läuft voll automatisiert, da die Energiemenagementsysteme miteinander kommunizieren. Und dieser Vorteil greift nicht nur im Notfall, sondern auch geplant: Führen benachbarte Dörfer an verschiedenen Wochenenden Weihnachtsmärkte durch und sind die Energiemanagementsysteme vernetzt, kann der Mehrbedarf an Strom jeweils lokal gestemmt werden, da sich Überschüsse gemeinsam nutzen lassen.

Zukunftsmusik (2): Noch mehr Flexibilität durch Künstliche Intelligenz

Je feiner ein dezentrales System aus Stromerzeugung und -verbrauch aufeinander abgestimmt wird, desto mehr zuverlässiger und resilienter ist die Stromversorgung. Allerdings sind am Ende Unmengen an Daten zu analysieren und zu managen – ähnlich wie bei einem Künstler im Zirkus, der nicht mehr zehn Teller jongliert, sondern 100.000. Künstliche Intelligenz hat das Potenzial, Abhilfe zu schaffen und eine schier unbegrenzte Anzahl an Erzeugungsanlagen, Verbrauchseinrichtungen und Sondersituationen bis hin zur Gänsebratenspitze zu managen.

Damit das möglich wird, muss sich Künstliche Intelligenz allerdings sicher und transparent im Stromnetz nutzen lassen. Es braucht nachvollziehbare Kriterien für die Qualität der Daten, für die Lernprozesse sowie die Entscheidungsparamater, mit denen die Systeme arbeiten. Derzeit erarbeitet der VDE einen Leitfaden zu Künstlicher Intelligenz in der Energietechnik, der sich mit genau diesen Fragen beschäftigt – damit Weihnachten auch in Zukunft leuchtet, egal, wie viele Festtagsmenüs im Lichterschein erstrahlen.

Redaktioneller Hinweis:

Sie haben Lust auf mehr DKE Weihnachtszauber? Kein Problem. Während der Adventszeit schauen wir uns in drei weiteren Folgen an, warum Weihnachten ohne Elektrotechnik nicht nur ganz schön dunkel wäre, sondern auch einsam, leer unter dem Baum und langweilig noch dazu. Viel Spaß beim Lesen und eine schöne Vorweihnachtszeit wünscht die DKE Redaktion.