Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit von Straßenbeleuchtungen sind für Kommunen zentrale Themen. Um bei der Umstellung auf LED-Technik das volle energetische Einsparpotenzial ausschöpfen zu können, ist fundiertes licht- und elektrotechnisches Wissen erforderlich.
Laut hessischem Wirtschaftsministerium liegt der Anteil der Straßenbeleuchtung am kommunalen Stromverbrauch durchschnittlich bei mehr als 35 Prozent. Mit der Umrüstung der Straßenbeleuchtung auf LED-Technologie ließen sich in Einzelfällen bis zu 80 Prozent des Stroms sparen, so Expertenschätzungen. Allerdings erfordern sowohl die Planung als auch der Betrieb von LED-Systemen fundierte licht- und elektrotechnische Kenntnisse.
So wurden unter dem Klimaschutz-Aspekt in der Europäischen Energieeffizienz (ErP-)Richtlinie unter anderem Mindestanforderungen für die Lichtausbeute (Definition: Lichtstrom : elektrische Leistung = Lumen/Watt] festgelegt. Damit war das Ende der Quecksilberdampf-Hochdrucklampen (HME) besiegelt. Seit April 2015 erhalten diese Lampen kein CE-Zeichen mehr, was einem „Quasi-Verbot“ gleichkommt. Betroffen sind mehr als drei Millionen Straßenleuchten in Deutschland, die jedoch bis heute noch längst nicht alle umgerüstet oder ausgewechselt wurden.
Derzeit erhalten Kommunen verstärkt Angebote, HME-Lampen durch „LED-Retrofit-Lösungen“ zu ersetzen. Ein gleichwertiger Ersatz ist das in den meisten Fällen allerdings nicht. Die klobigen Retrofit-Lampen passen kaum in die Spiegeloptik der Leuchten und können in Horizontallage mit ihrem Gewicht die Lampenfassung mechanisch überlasten.
Aus fachlicher Sicht werden dabei „Äpfel mit Birnen“ verglichen. So sollen beispielsweise LED-Retrofit-Lampen 20 W mit 2000 Lumen die bisherigen HME-Lampen 125 (137) W mit 6700 Lumen ersetzen. Ein vergleichbares Beleuchtungsniveau lässt sich aber nur mit entsprechenden Lichtströmen und Lichtverteilungen erzielen.
Stand der LED-Technologie
Die Lichterzeugung mit LED-Leuchten erfolgt heute fast ausschließlich nach dem von Osram patentierten „Konversions-Prinzip“. Ein Leuchtstoff wandelt die vom Halbleiter-Chip emittierte blaue Strahlung in weißes Licht um. Durch Zusammenschaltung einzelner LEDs entstehen LED-Module in unterschiedlichsten Ausführungen – mit und ohne Linsenoptiken.
Allerdings hat die Initiative des Industriekonsortiums ZHAGA als geplante internationale Normung bisher nicht die erhofften Ergebnisse gebracht, und es fehlt eine zur konventionellen Lampentechnologie vergleichbare Normung der einzelnen LED-Komponenten. Eine umfassende internationale Normung ist aber Voraussetzung für Wettbewerb über Herstellergrenzen hinweg und für die langfristige Verfügbarkeit als Grundlage eines wirtschaftlichen Betriebs der LED-Technologie.
Für Lichtstärke-Verteilungs-Kurven (LVK) von LED-Leuchten gelten die gleichen Grundsätze wie für konventionelle Lampen-/Leuchten-Technologien. Eine mangelhafte LVK wird nicht durch die hohe Energieeffizienz der Lichtquelle kompensiert. Namhafte Hersteller haben in den vergangenen Jahren enorme Anstrengungen in die Entwicklung investiert. Das Ergebnis sind hocheffiziente LED-Module und verbesserte Lichtverteilungen mittels Linsenoptiken. Wurden in den LED-Anfangsjahren die Beleuchtungsklassen S5 und S4 (Em = 3 lx bzw. 5 lx für Wohngebiete) mit elektrischen Anschlusswerten von etwa 30 bis 35 Watt geplant, benötigt man heute dazu nur noch rund 15 bis 25 Watt je Lichtpunkt.
LED-spezfische Probleme
Ein besonderer Aspekt bei der LED-Leuchtenauswahl ist eine möglichst lange technisch-wirtschaftliche Nutz-Lebensdauer. Zielvorstellung ist ein Wert von 100.000 Stunden (= 25 Jahre). Dieser Lebensdauerwert wird mittlerweile von den meisten Herstellern für LED-Module angegeben und ist für „niedrig bestromte LED-Module“ (z. B. ca. 300 mA) durchaus erreichbar. Allerdings steht der entsprechende Praxisbeweis noch aus.
Für LED-Treiber gelten weiterhin nur 60.000 Stunden, was viel zu wenig im Vergleich zum LED-Modul ist.
Nicht zu unterschätzen sind neue „Randprobleme“, die bei konventionellen Straßenbeleuchtungsanlagen bisher nie auftraten wie Überspannungen durch Blitzeinschläge und Schalthandlungen ebenso wie Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen sowie kapazitive Blindleistung bei Multileistungs-EVG (Elektronische Vorschaltgeräte) oder beim extremen Dimmen, die derzeit Planer und Betreiber beschäftigen.
Für die Beleuchtung von Wohn- und Sammelstraßen, die rund 60 bis 70 Prozent der Straßenbeleuchtungsanlagen ausmachen, ist die LED-Technologie heute schon auf einem ausgereiften Stand, allerdings mit gewissen Restrisiken. Im Sinne von Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung sollte auf die Verwendung sogenannter „Wegwerf-Leuchten“ verzichtet werden.“
Christoph Heyen / Dieter Berndt
Die Autoren
Christoph Heyen ist freiberuflicher Ingenieur für Lichttechnik und als Dozent für Seminare der beruflichen Aus- und Weiterbildung unter anderem für TÜV Rheinland (Hauptsitz Köln) tätig, Dieter Berndt ist Business Manager der TÜV Rheinland Akademie unter anderem für Fachtagungen und Seminare zum Thema Straßenbeleuchtung