Neuartige LED-Straßenleuchten reduzieren Kosten

Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben eine LED-Leuchte entwickelt, deren Stromverbrauch gegenüber dem herkömmlicher LEDs in der Beleuchtung nochmals reduziert ist.
nach Quelle: E&M PowerNews, 14. Februar 2017

Die öffentliche Beleuchtung ist für die Stadtverwaltungen in Deutschland ein wichtiger Kostenfaktor. Vielerorts werden deshalb die konventionellen Straßenleuchten auf moderne LED-Technik umgestellt. Eine mittlere Großstadt wie etwas Karlsruhe mit rund 300 000 Einwohnern betreibt etwa 60 000 Straßenlampen. Nach Angaben der Stadtverwaltung Karlsruhe, die selbst ungefähr zehn Prozent ihrer Straßenlampen auf LED umgestellt hat, werden für den Betrieb jährlich rund 12 Mio. kWh Strom benötigt, die Energie- und Wartungskosten belaufen sich auf rund 3 Mio. Euro im Jahr. Bei Millionenstädten sind die Aufwendungen entsprechend höher. So verbraucht die elektrische öffentliche Beleuchtung in Berlin jährlich 75 Mio. kWh für etwa 14 Mio Euro. In Hamburg werden 35 Mio. kWh im Jahr verbraucht, hier liegen die Kosten für die öffentliche Beleuchtung bei etwa 7 Mio Euro.

Zusätzliches Einsparpotenzial verspricht nun eine am Lichttechnischen Institut des KIT entwickelte LED-Leuchte. Gegenüber den bisher üblichen Hochleistungsdioden verspricht die neue LED-Leuchte dank eines speziellen Leuchtpunkte-Arrays, also einer besonderen Anordnung der LEDs, eine deutliche Steigerung beim Wirkungsgrad und bei der Lebensdauer. „Viele kleine LEDs werden aus einiger Entfernung als Flächenstrahler wahrgenommen. Sie blenden dadurch weniger als Hochleistungs-LEDs, die als Punktlichtquelle wahrgenommen werden“, beschreibt Michael Heidinger vom Lichttechnischen Institut die Leuchteigenschaften der neuen LED-Lampe.

Dazu hat er eine trickreiche Schaltung ausgetüftelt, die die Ausfälle von in Reihe geschalteten LEDs abfängt und zugleich der Alterung der Leuchtdioden vorbeugt. Bei der klassischen Reihenschaltung werden mit steigender Zahl von Leuchtdioden sehr hohe Spannungen benötigt. Gesetzlich zulässig ist aber nur eine Berührungsspannung von 120 Volt, so dass in herkömmlichen LEDs mit Reihenschaltung maximal 40 Leuchtdioden verbaut werden können. Durch seine neuartige Schaltung ist es Heidinger gelungen, in einem Prototypen 144 Leuchtpunkte auf einer Platine zu montieren und sicher zu betreiben, die dafür erforderliche Spannung ist deutlich geringer. „In diesem Prototyp waren es 20 Volt“, sagt Heidinger. Auch die unerwünschte Wärmeentwicklung konnte er in seiner Konstruktion verringern. „Bei wenigen LEDs ist die Verlustleistung sehr konzentriert und muss aufwendig verteilt werden“, beschreibt er die Nachteile herkömmlicher LED-Lampen. Denn durch eine mangelnde Wärmeverteilung kann sich eine Laterne lokal überhitzen, was sich negativ auf die Lebensdauer auswirkt.

Zudem sind die von Heidinger verwendeten Kleinleistungs-LEDs preiswerter als die etablierten Hochleistungs-LEDs. Unterm Strich kann dadurch das neue System zum gleichen Preis angeboten werden, obwohl deutlich mehr Leuchtdioden verbaut werden. Auch der Umstieg auf die neue LED-Technologie sei unkompliziert. „Das LED-Modul kann einfach in die bestehende Leuchte montiert werden“ verspricht Heidinger.

Auf Basis der Karlsruher Technologie haben erste Anbieter bereits mit der Produktentwicklung begonnen. „Die innovative Technologie erlaubt es uns erstmals, blendfreie Leuchten mit hohem Wirkungsgrad zu konstruieren, die zugleich den höchsten Sicherheitsstandards entsprechen“, fasst Klaus Müller, Geschäftsführer der Gratz Luminance GmbH zusammen. Er will noch in diesem Jahr erste Leuchten mit der neuen LED-Technologie bei Kunden testen lassen.

Autor: Kai Eckert

Weitere Informationen:
https://www.kit.edu/