München ist eine der Städte, in der im Rahmen des EU-Projekts „Smarter Together“, das von 2016 bis 2021 läuft, schon einige intelligente Lichtmasten stehen, die energiesparend mit LED-Leuchten ausgerüstet sind. Forschungen, um langfristig bei der Straßenbeleuchtung immer mehr Energie einzusparen, laufen auf Hochtouren und Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun eine neuartige, noch sparsamere LED-Straßenleuchte entwickelt.
Den Forschern ist es gelungen, den Stromverbrauch um weitere 20 Prozent zu senken, indem sie anstatt herkömmlicher Hochleistungsdioden eine spezielle Anordnung schwächerer LEDs einsetzten. So wird nicht nur der CO2-Ausstoß gesenkt, die Kommunen könnten auch Millionen an Stromkosten sparen. Der erste Praxistest der neuen LEDs läuft bereits im Rheinland-Pfälzischen Maxdorf, wo die Pfalzwerke Netz AG Straßenlaternen erstmals mit den neuen Leuchtköpfen ausgestattet hat.
„Es ist uns gelungen, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Lampen gegenüber herkömmlichen LED-Leuchten noch einmal deutlich zu steigern“, sagt Michael Heidinger vom Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT. Aus seiner Feder stammt eine Schaltung, die Alterung und Versagen einzelner Leuchtdioden abfängt. Es sei kompliziert, eine größere Zahl von LEDs parallel zu schalten, da der Ausfall einer einzelnen Diode zum Versagen des gesamten Systems oder Teilbereichs führe, erklärt Heidinger. Ein Problem, das sicher Viele aus eigener Erfahrung kennen. Fällt an einer Lichterkette am Weihnachtsbaum ein Lämpchen aus, geht an der ganzen Kette das Licht aus.
Um dieses Problem zu umgehen, könnte man nun die LEDs in Reihe schalten. Das habe aber ebenfalls Nachteile, da hier mit steigender Zahl der Dioden sehr hohe Spannungen benötigt würden. Bislang konnten nur bis zu 40 LEDs in einer Reihenschaltung verbaut werden, weil die als nicht lebensbedrohlich geltende Berührungsspannung bei 120 Volt liegt. Jetzt ist es möglich, bis zu 48 Leuchtmodule auf einer Platine zu montieren. Da Heidingers neues Schaltkonzept es erlaubt, mit Spannungen von 20 Volt zu arbeiten, wo sonst über 120 Volt notwendig sind, spart das nicht nur Kosten, die Leuchten sind auch sicherer zu handhaben.
Günstiger bei Stromverbrauch und Kosten
Aus all den genannten Gründen, insbesondere dem der Kosteneinsparung, sind zahlreiche Städte und Gemeinden bereits dabei, von der konventionellen stromfressenden Straßenbeleuchtung auf LED-Technik umzustellen. Die Stadtbeleuchtung einer mittleren Großstadt mit rund 320.000 Einwohnern wie Karlsruhe umfasst nach Angaben der Stadtwerke über 55.000 Lampen, etwa 35 Prozent davon sind LEDs. Der Stromverbrauch betrug im Jahr 2018 etwa 10.800 Megawattstunden. Die jährlichen Strom- und Wartungskosten liegen bei rund drei Millionen Euro. „Bei einer vollständigen Umstellung auf die neuartigen LEDs sind noch einmal finanzielle Einsparungen von bis zu 30 Prozent möglich“, sagt Stefan Lang, der Verantwortliche für Technologie und Innovation bei den Pfalzwerken.
Neben den guten Eigenschaften bezüglich des Energieverbrauchs, sind die neuartigen Lampen auch günstiger in der Anschaffung, denn Kleinleistungs-LEDs kosten weniger als Hochleistungs-LEDs. Dadurch kann das neue System, trotz der größeren Anzahl an Leuchten, kostengünstiger hergestellt werden.
Ein weiterer Vorteil ist laut Klaus Müller, Geschäftsführer der Gratz Luminance GmbH, die die neuen Außenleuchten im baden-württembergischen Weinsberg herstellt, dass sie für das menschliche Auge angenehmer seien. „Viele kleine LEDs werden aus einiger Entfernung als Flächenstrahler wahrgenommen. Sie blenden dadurch weniger als Hochleistungs-LEDs, die als Punktlichtquelle wahrgenommen werden“, sagt er. Der Umstieg auf die neue Lampentechnik sei unkompliziert und damit preiswert: „Unser Leuchtenkopf kann einfach auf bestehenden Masten montiert werden.“
In Maxdorf werden die Leuchten aktuell im Feldtest erprobt. Die Vorbereitungen auf eine Serienfertigung laufen aber schon, da auch andere Kommunen sich für die Technik interessieren. „Wir hoffen die Leuchte im zweiten Halbjahr 2019 ausgewählten Pilotkunden anbieten zu können“, so Müller.
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