Was soll daran eine Kunst sein? Man drückt auf den Schalter und das Licht geht an. Da gibt es eigentlich kein Problem. Es sei denn, man möchte sich den Weg zum Schalter ersparen oder die Beleuchtung weniger hell und in einer bestimmten Farbe nutzen. Dann wird es schon etwas schwieriger.
Wenn das Ganze nun auch noch automatisiert ablaufen soll, beispielsweise in Abhängigkeit von anderen Vorgängen im Haus, und diese Art der Lichtsteuerung nicht nur in einem Zimmer, sondern für alle Lampen im Haus nach einem einheitlichen Prinzip funktionieren soll, dann lohnt es sich, etwas Zeit zu investieren und ein durchdachtes Konzept für die Lichtsteuerung zu entwickeln.
Mit der Einführung von LED-Leuchtmitteln ergeben sich viele interessante Möglichkeiten, Licht zu nutzen. Allerdings ist die in einem Haus vorhandene Infrastruktur nicht notwendigerweise optimal, um diese Anwendungen auch zu realisieren.
In diesem Beitrag liegt der Schwerpunkt auf der Frage, wie sich eine innovative Lichtsteuerung umsetzen lässt, ohne umfassende Änderungen an der bestehenden Leitungsinfrastruktur vorzunehmen. Dazu werden unterschiedliche Anwendungsfälle beschrieben und mögliche Lösungsansätze vorgestellt.
Startpunkt: die bestehende 230-Volt-Installation
Die klassische Hausinstallation ist auf den Betrieb von 230-Volt Glühlampen, die mehr Wärme als Licht erzeugen, ausgelegt. Wir verwenden heute allerdings überwiegend LED-Leuchtmittel, die deutlich weniger elektrische Leistung benötigen.
LEDs selbst werden mit Gleichstrom betrieben. Eine einzelne LED benötigt dabei nur wenige Volt, um Licht zu erzeugen. Die üblichen LED-Leuchtmittel für den Hausgebrauch enthalten deshalb ein Vorschaltgerät (LED-Treiber), das die 230-Volt-Wechselspannung in eine für die LEDs geeignete Versorgungsspannung umwandelt.
Daraus ergeben sich zwei unterschiedliche Fragen:
- Wie müsste eine Hausverkabelung heute aussehen, um die Eigenschaften moderner LED-Technologie optimal zu nutzen?
- Wie können wir mit einer bestehenden 230-Volt-Hausinstallation eine attraktive und dynamisch steuerbare LED-Beleuchtung realisieren?
Die erste Frage ist vor allem für die langfristige Planung zukünftiger Lichtanlagen interessant. Da die heute überwiegend verfügbaren LED-Leuchtmittel für den direkten Einsatz an der vorhandenen 230-Volt-Installation ausgelegt sind, liegt es nahe, zunächst mit dem zweiten Ansatz zu beginnen.
Die LED-Lampen werden häufig in Bauformen angeboten, die den früher verwendeten Glühlampen entsprechen. Die erforderliche Elektronik ist dabei bereits in das Leuchtmittel integriert. Diese Elektronik übernimmt nicht nur die Spannungsversorgung der LEDs, sondern kann auch weitere Funktionen bereitstellen, beispielsweise Dimmen, Farbsteuerung oder die Kommunikation mit Funkmodulen.
Eine moderne Lichtsteuerung erfordert also keine neue Elektroinstallation. Man kann die vorhandene 230-Volt-Infrastruktur weiterverwenden und die Intelligenz in die Leuchtmittel, Sensoren und Steuerungskomponenten verlagern. Damit ergeben sich interessante Möglichkeiten, die Beleuchtung zu automatisieren, ohne die vorhandene Elektroinstallation grundlegend verändern zu müssen.
Was soll mit einer dynamischen Lichtsteuerung erreicht werden?
Moderne LED-Lampen bieten viele Möglichkeiten für eine intelligente Lichtsteuerung. Bevor eine konkrete Lösung ausgewählt und realisiert wird, sollte für jeden Raum im Haus der Bedarf geklärt werden. Um bei diese Betrachtung zu helfen und Ideen für die Implementierung zu geben, schauen wir uns konkrete Anwendungsfälle an und beschreiben geeignete Lösungsvarianten.
Licht bei Bewegung im Raum
Jemand hat wieder einmal vergessen, das Licht im Keller auszuschalten. Es hat die ganze Nacht gebrannt. Dafür gibt es eine einfache Lösung.
In Räumen, in denen man sich bewegt und normalerweise nicht besonders lange aufhält, bietet sich eine Lichtsteuerung durch Bewegungsmelder in Verbindung mit Helligkeitssensoren an. Das kann beispielsweise ein Flur, ein Abstellraum, eine Garage, aber auch ein Bad oder ein Gäste-WC sein.
Dazu bedarf es keiner großen Änderungen an der bestehenden Installation. Es kann bereits ausreichen, eine Lampe mit integriertem Bewegungsmelder einzusetzen. Dabei muss allerdings sichergestellt sein, dass die Lampe dauerhaft mit Spannung versorgt wird. Der vorhandene Lichtschalter muss also eingeschaltet bleiben oder entsprechend überbrückt werden.
Etwas schwieriger wird es, wenn das Licht bereits eingeschaltet werden soll, bevor sich jemand im Erfassungsbereich des Bewegungsmelders an der Lampe befindet, oder wenn mehrere Lampen gleichzeitig aktiviert werden sollen.
Für solche komplexeren Aufgaben wird eine Haussteuerung benötigt. Sie kann die Informationen verschiedener Bewegungssensoren aufnehmen, auswerten und damit gezielt mehrere Lampen schalten.
Dabei ergeben sich in der Regel zwei Fragen:
- Wie kommunizieren die einzelnen Einheiten untereinander?
- Wie werden die Einheiten mit Strom versorgt?
Beginnen wir mit der Stromversorgung. Im günstigsten Fall können die Bewegungssensoren dort installiert werden, wo ein Anschluss an das 230-Volt-Stromnetz möglich ist. Das kann beispielsweise in der Nähe von Steckdosen oder in geeigneten Verteilerdosen der Fall sein.
Wenn dies nicht möglich oder gewünscht ist, können Sensoren mit Batterieversorgung eingesetzt werden. Typischerweise müssen deren Batterien nach ein bis zwei Jahren ausgetauscht werden. Die tatsächliche Lebensdauer hängt allerdings stark von der Nutzung und dem jeweiligen Gerät ab.
Für die Kommunikation kommen vorzugsweise Funklösungen zum Einsatz. Es kann ein vorhandenes WLAN-Netz verwendet werden. Bei batteriebetriebenen Sensoren sind jedoch spezielle Funktechnologien für Smart-Home-Anwendungen mit geringem Energieverbrauch vorzuziehen. Beispiele dafür sind Zigbee oder Thread. Matter kann ergänzend als herstellerübergreifender Standard für die Kommunikation zwischen Smart-Home-Geräten eingesetzt werden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, für die Kommunikation die Leitungen des 230-Volt-Stromnetzes zu verwenden. Diese sogenannte Powerline-Technologie schränkt die möglichen Anschlusspunkte allerdings wieder auf die vorhandene Strominstallation ein und ist für die vergleichsweise geringe Datenmenge von Bewegungssensoren eher unüblich.
Lampen mit integrierter Funktechnologie sind von mehreren Anbietern erhältlich. Sie unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich der benötigten Steuerung, die die Informationen der Sensoren verarbeitet und die Lampen entsprechend ansteuert.
Ein wesentlicher Unterschied besteht dabei im Ort der Steuerung: Diese kann lokal im eigenen Haus betrieben werden oder aber in einem Rechenzentrum, also in der Cloud, beziehungsweise direkt beim Hersteller laufen.
Dämmerungs- und Zeitsteuerung
In einigen Bereichen ist es sinnvoll, das Licht zeitabhängig oder bei Dämmerung zu schalten. Sensoren erfassen die Helligkeit und geben diese Information an eine zentrale Steuerung weiter, die dann zeitabhängig die gewünschten Einstellungen an der Beleuchtung vornimmt. Ähnlich wie bei den Bewegungsmeldern gibt es Helligkeitssensoren für das 230-Stromnetz, die beispielsweise anstelle von Steckdosen verbaut werden können oder auch batteriebetriebene Sensoren mit Funkmodul. Es gibt auch Leuchten, die über integrierte Helligkeitssensoren und Schalter verfügen, um eine autonome Steuerung der Beleuchtung auf einfache Weise zu realisieren.
Wenn ein Dämmerungssensor abends Licht einschaltet, kann es sinnvoll sein, dieses zu vorgerückter Stunde abzuschalten oder abzudimmen. Für solche etwas komplexeren Anwendungen sind zentrale Steuerungen von Vorteil, die Informationen mehrer auch unterschiedlicher Sensoren sammeln, auswerten und zeitabhängige Aktionen wie Ein- und Ausschalten von Lampen initiieren.
Bei zeitabhängiger Automation sollte auf eine einfache, vorteilhafterweise automatische Umschaltung zwischen Sommer- und Winterzeit geachtet werden beispielsweise indem die Uhrzeit nicht manuelle eingestellt sondern mit einer vom Internet bereitgestellten Zeit synchronisiert wird.
Änderung von Helligkeit und Farbe
In manchen Räumen wird es als angenehm empfunden, wenn sich Helligkeit und Farbe des Lichts situationsbedingt anpassen lassen. Die Anpassung der Helligkeit ist grundsätzlich einfach mit einem Dimmer möglich, der anstelle des bisherigen Schalters montiert wird.
Allerdings gibt es dabei einige Dinge zu beachten. Ein Dimmer muss für die verwendeten Leuchtmittel geeignet sein. Das gilt sowohl für LED- als auch für Halogen- oder Leuchtstofflampen. Nicht jeder Dimmer funktioniert mit jedem Leuchtmittel. Insbesondere bei LEDs kann es zu Problemen wie Flackern oder einem eingeschränkten Dimmbereich kommen.
Schwieriger wird es auch, wenn mehrere Schalter eine Lampe steuern. In solchen Fällen müssen die vorhandene Schaltung und die Kompatibilität der Dimmer berücksichtigt werden. Gegebenenfalls sind Anpassungen an der Installation erforderlich.
Eine Alternative bietet auch hier eine intelligente Lösung. Die bisherigen Schalter werden beispielsweise durch Taster mit Funkmodul ersetzt und die Lampe wird mit einem funkgesteuerten Dimmer ergänzt. Eine Smart-Home-Steuerung überwacht die Taster, wertet deren Betätigungen aus und stellt damit den Dimmer entsprechend ein.
Der fernsteuerbare Dimmer kann auch bereits in das Leuchtmittel integriert sein. In diesem Fall erfolgt die Steuerung direkt über das Funkmodul der Lampe.
Mit einer solchen intelligenten Lösung kann nicht nur die Helligkeit, sondern auch die Farbe des Lichts verändert werden. Mehrere Hersteller bieten entsprechende Leuchtmittel an, deren Helligkeit und Lichtfarbe sich per Funk steuern lassen. Häufig erfolgt dies zunächst über eine herstellerspezifische Fernbedienung oder App.
Bestehende Schalter können weiterhin zum Ein- und Ausschalten genutzt werden. Allerdings muss bei intelligenten Leuchtmitteln darauf geachtet werden, dass diese dauerhaft mit Strom versorgt werden. Wird die Stromversorgung über den herkömmlichen Lichtschalter unterbrochen, ist auch keine Funksteuerung mehr möglich.
Mit Sprachsteuerung den Komfort verbessern
Wer sich für eine Smart-Home-Lösung zur Steuerung der Beleuchtung entschieden hat, wird auch an den Komfort bei der Nutzung denken.
Spracherkennung hat sich in vielen Anwendungen bewährt und ist inzwischen in Autos, Handys und modernen Haushaltsgeräten integriert. Sprachassistenzsysteme, die auch Steuerungsaufgaben im Haus übernehmen können, werden von Anbietern wie Amazon, Google und Apple sowie weiteren Herstellern angeboten.
Es stellt sich also die Frage, wie wir unsere intelligente Lichtsteuerung zukünftig auch mit einfachen Sprachbefehlen nutzen können.
Viele Smart-Home-Steuerungen bieten die Möglichkeit, mit den genannten Sprachassistenzsystemen verbunden zu werden. Die selbst definierten Bezeichnungen für Lampen und Räume können dann direkt für Sprachbefehle verwendet werden.
Die Lampe mit Dimmer im Wohnzimmer kann dann beispielsweise durch den Befehl „Hey Google, mache die Wohnzimmerlampe auf 50 Prozent“ aktiviert werden.
Dazu muss der Sprachassistent die Konfiguration des Smart-Home-Systems kennen und berechtigt sein, Befehle im Smart Home auszuführen. Da die Spracherkennung bei vielen kommerziellen Sprachassistenten über die Cloud erfolgt, ist diese Lösung von einer funktionierenden Internetverbindung abhängig.
Manche Nutzer möchten sich jedoch nicht auf kommerzielle Sprachassistenten und das Internet verlassen und bevorzugen eine lokale Lösung zur Sprachsteuerung.
Als Beispiel sei hier Home Assistant genannt. Es handelt sich um eine umfassende Open-Source-Lösung für Smart Home, die mit einem eigenen Sprachassistenten ausgestattet werden kann. Dieser lässt sich lokal auf einem geeigneten Rechner betreiben. Damit ist auch eine Sprachsteuerung ohne zwingende Abhängigkeit von externen Cloud-Diensten möglich.
Zusammenfassung
Das scheinbar triviale Problem des Einschaltens einer Lampe ist doch recht komplex geworden.
Es lohnt sich allerdings, vor der Installation einer Lösung zu überlegen, welche Lampen im Haus auf welche Weise gesteuert werden sollen und ob besondere Funktionen wie Dimmen, Bewegungserkennung oder Farbwechsel gewünscht sind.
Eine ganzheitliche Planung verhindert Insellösungen und erleichtert in der Regel auch eine spätere Erweiterung des Systems erheblich.
Sicherheitshinweis: Zum Schluss möchte ich noch auf die Gefahren bei Arbeiten an der 230-Volt-Elektroinstallation hinweisen. Diese Arbeiten können lebensgefährlich sein und sollten ausschließlich von einer Elektrofachkraft durchgeführt werden.