Neuartige HCL-Lichtsteuerung

Lichtqualität rauf, Stromverbrauch runter

12. April 2022, 14:50 Uhr | Nicole Wörner
Fraunhofer IAF
Aufbau einer dicht gepackten, vierkanaligen LED-Platine aus dem Projekt »SusLight_works« zur Erzeugung einer menschzentrierten Arbeitsplatzbeleuchtung
© Fraunhofer IAF

Human Centric Lighting gewinnt auch am Arbeitsplatz an Bedeutung. Weil die jeweiligen Arbeitsplatzbedingungen und -anforderungen jedoch völlig unterschiedlich sind, reichen bisher verfügbare Standard-Ansätze oft nicht aus. Abhilfe könnte ein völlig neuer Ansatz einer Beleuchtungsregelung schaffen.

Der Einfluss der Lichtqualität auf die Produktivität, das Wohlbefinden und den Biorhythmus des Menschen steht zunehmend auch im Fokus der Arbeitsbeleuchtung. Das Mittel der Wahl: Human Centric Lighting. Mithilfe gezielter Steuerung der Helligkeit und Farbtemperatur kann die Innenbeleuchtung beispielsweise den Tag entsprechend dem natürlichen Verlauf des Sonnenlichts nachbilden und so die Synchronisation des Tag-Nacht-Rhythmus auch bei anhaltender Tätigkeit in Innenräumen unterstützen.

Das hilft – vor allem im Winter –, tagsüber fit und wach zu sein und gegen Abend eher »herunterzufahren«. Zu helles und zu kaltes Licht am Abend verhindert nämlich die Ausschüttung des Hormons Melatonin, was für den Schlafrhythmus des Menschen unerlässlich ist. In anderen Fällen wiederum sind eine konstante Beleuchtungsstärke und Farbtemperatur unabdingbar. In der Elektronikbestückung oder der Fertigung mechanischer Uhren beispielsweise werden kleinste Teile von Hand platziert. Hier muss sowohl die Farbtemperatur als auch die Lichtstärke sehr exakt eingestellt sein, damit der Monteur die kleinen Bauteile optimal erkennen und auch platzieren kann.

Die Ziele des Projekts »SusLight_works«

Obwohl es bereits zweikanalige LED-Leuchten auf dem Markt gibt, die eine Einstellung der Farbtemperatur ermöglichen, wollten die in dem Projekt SusLight_works (das steht für »smart and sustainable LED lighting for workplace and office applications«) kooperierenden Forscher der Fritz-Hüttinger-Professur für Mikroelektronik an der Uni Freiburg, des Fraunhofer IAF, des Hahn-Schickard-Instituts für Mikro- und Informationssysteme und des Lampenherstellers Waldmann hinsichtlich Funktionalität, Lichtqualität und Einstellbarkeit noch wesentlich weiter gehen. »Das Projekt umfasst zwei wesentliche Blöcke: Zum einen geht es um die Langlebigkeit der Leuchten an sich und zum anderen darum, den Energieverbrauch im Betrieb weiter zu minimieren und dabei gleichzeitig die Lichtqualität zu optimieren«, erklärt Projektleiter Dr. Michael Kunzer vom Fraunhofer IAF und Leiter des Projekts SusLight_works.

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Die Office-Stehleuchte »SusLight_works« bietet dynamische und menschzentrierte LED-Tageslicht-Beleuchtung für zwei bis vier Arbeitsplätze.
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Geschlossene Regelschleife

Der grundlegend neue Ansatz in diesem Projekt im Vergleich zu bestehenden Konzepten liegt darin, dass das Licht am Arbeitsplatz in einer geschlossenen Regelschleife auf das für die Tätigkeit optimale Farbprofil geregelt wird und nicht nur gesteuert. »Den Unterschied können wir uns an einem Beispiel leicht klarmachen«, zeigt Dr. Thorsten Hehn, Gruppenleiter bei Hahn-Schickard, auf. »Im aktuellen Stand der Technik lässt sich das Beleuchtungsprofil, das von der Leuchte ausgesandt wird, entsprechend der Tätigkeit einstellen. Bringt man die Leuchte in einem fixen Abstand über dem Arbeitsplatz an, lässt sich durch eine einmalige Kalibration erreichen, dass das gewünschte Beleuchtungsprofil bereitgestellt wird, sofern im Raum konstante Umgebungslichtverhältnisse herrschen. Aber das entspricht leider nicht der realen Umgebung. Sobald jemand eine Jalousie öffnet oder eine Wolke vor die Sonne zieht, ändert sich das Umgebungslicht.

Ebenso, wenn am Nachbartisch eine Leuchte eingeschaltet wird. Das Umgebungslicht mischt sich mit dem Licht, das von der Leuchte ausgestrahlt wird, was dazu führt, dass am Arbeitsplatz sowohl eine falsche Farbtemperatur als auch eine abweichende Beleuchtungsstärke vorliegt.« Das führt zu zwei Problemen: Zum einen herrscht am Arbeitsplatz nicht das für die Tätigkeit optimale Beleuchtungsprofil – was zu weniger Ergonomie und letztlich auch Arbeitsqualität führt –, zum anderen wird zu viel Strom benötigt. Weil sich das Umgebungslicht und das Licht der Leuchte auf der Arbeitsfläche addieren, könnte bei entsprechendem Umgebungslicht die Lichtintensität der Leuchte auf das nötige Minimum reduziert und so Energie eingespart werden. »Diesen Effekt darf man nicht unterschätzen«, betont Kunzer. »Wir sind sowohl im privaten als auch im geschäftlichen Bereich ständig von Kunstlicht umgeben, und ca. 20 Prozent des globalen Stromverbrauchs wird für die Beleuchtung aufgewendet. Hier gibt es also ein unglaubliches Einsparpotenzial.«


  1. Lichtqualität rauf, Stromverbrauch runter
  2. Integrierter True-Color-Sensor

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