Hell im Kollektiv

Eine neuartige, noch sparsamere LED-Straßenleuchte entwickelten Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Möglich sei ein Einsparungs­potenzial von bis zu zwanzig Prozent des Strom­verbrauchs gegenüber herkömmlichen LEDs. Das vermindert Kosten und den CO2-Ausstoß. Indem sie die üblichen Hochleistungsdioden durch ein spezielles Leucht­punkte-Array ersetzten, konnten die Wissenschaftler eine deutliche Steigerung bei Wirkungsgrad und Lebens­dauer, mehr Sicherheit und ein schöneres Licht erzielen.

Eine größere Zahl von LEDs parallel zu schalten ist schwierig, da der Ausfall einer einzelnen Diode zu einem Versagen des gesamten Systems oder Teilbereich geführt hätte, sagt Michael Heidinger vom Lichttechnischen Institut, der das Projekt durchführt. Die Alternative, die LEDs in Reihe zu schalten, sei ebenfalls mit Nachteilen behaftet, da hier mit steigender Zahl der Dioden sehr hohe Spannungen benötigt werden. Weil die gesetzlich zulässige, als nicht lebens­bedrohlich geltende Berührungs­spannung bei 120 Volt liegt, konnten bislang nur bis 40 LEDs in einer Reihen­schaltung verbaut werden.

Heidinger hat eine trickreiche Schaltung erdacht, die Alterung und Ausfälle einzelner LEDs abfängt. Dadurch wird es kosten­günstig möglich, eine Vielzahl von LEDs – im Prototyp waren es 144 Leucht­punkte – auf einer einzigen Platine zu montieren und sicher zu betreiben. Durch Heidingers neues Schalt­konzept ist es jetzt möglich, mit wesentlich geringeren Spannungen zu arbeiten. „In diesem Prototyp waren es 20 Volt“, sagt er.

Zudem führt die Konstruktion zu weniger unerwünschter Wärme­entwicklung. „Bei wenigen LEDs ist die Verlust­leistung sehr konzentriert“, sagt Heidinger, „und muss aufwendig verteilt werden“. Mangelnde Wärme­verteilung äußere sich in lokaler Überhitzung, die sich negativ auf die Lebensdauer der Leuchten auswirke. Die Wärme zu verteilen beziehungs­weise zu mindern, ist aufwendig und somit teuer. Kosten, die bei Heidingers LED-Anordnung deutlich reduziert werden können.

Auch die Leuchteigenschaften seien für das menschliche Auge angenehmer, meint Heidinger: „Viele kleine LEDs werden aus einiger Entfernung als Flächen­strahler wahrgenommen. Sie blenden dadurch weniger als Hoch­leistungs-LEDs, die als Punkt­licht­quelle wahrgenommen werden.“ Obendrein sind Kleinleistungs-LEDs billiger als Hochleistungs-LEDs, so dass das neue System zum gleichen Preis hergestellt und angeboten werden kann, obwohl mehr Leucht­dioden benötigt werden. Schließlich ist der Umstieg auf die neue Lampen­technik unkompliziert und damit preiswert: „Das LED-Modul kann einfach in die bestehenden Leuchten montiert werden“, sagt Heidinger.

Von den stromsparenden Eigenschaften der neuartigen LED-Leuchte dürften zukünftig Städte und Gemeinden profitieren. Gerade ist die Umstellung der alten konventionellen stromfressenden Straßen­beleuchtung auf LED-Technik vielerorts in vollem Gange. So umfasst etwa die Stad­tbeleuchtung einer mittleren Großstadt mit 300.000 Einwohnern wie Karlsruhe laut Stadt­verwaltung fast 60.000 Lampen (ein Zehntel davon LEDs), deren Stromverbrauch im Jahr 2015 rund 12.000 Mega­watt­stunden betrug. Jährliche Strom- und Wartungs­kosten: drei Millionen Euro. In der Millionen­stadt Berlin summierten sich die Energie­kosten für die elektrische öffentliche Beleuchtung (die Hauptstadt betreibt auch noch Gaslaternen) im gleichen Jahr auf rund 14 Millionen Euro bei einem Verbraucht von 75.000 Megawattstunden. In Deutschlands zweitgrößter Metropole Hamburg fielen im Jahr 2014 bei einem Energieverbrauch für die Straßen­beleuchtung von rund 35.000 Mega­watt­stunden sieben Millionen Euro Kosten an.

Erste Industriepartner befinden sich schon in der Produkt­entwicklung auf Grundlage der Karlsruher Technik. „Die innovative Technologie erlaubt es uns erstmals blendfreie, Leuchten mit hohem Wirkungsgrad zu konstruieren, die höchsten Sicherheits­standards entsprechen“, so Klaus Müller, Geschäfts­führer von Gratz Luminesance. „Ersten Testkunden werden wir noch in diesem Jahr unsere Leuchte zu Testzwecken zur Verfügung stellen können.“

KIT / DE