Konventionelle Leuchten und Leuchtmittel im Zeitalter der LED

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1 Konventionelle Leuchten und Leuchtmittel im Zeitalter der LED Straßen- und Außenbeleuchtung / Markus Demmert

2 Sind die Tage von konventionellen Leuchten und Leuchtmitteln gezählt? Stand 2008 waren ca traditionelle Leuchten und entsprechende Leuchtmittel in Europa für die öffentliche Außen- und Straßenbeleuchtung in Betrieb SOX; 9% Anteil Technologie Bestand (Vito Studie LOT 9: 2007 ) HQL NAV SOX MH FL / CFL MH; 3% FL / CFL; 8% HQL; 32% MH 6% Anteil Technologie Bestand (Hochrechnung bis 2014) Ziel EU 2017: 10 0 LED = 17% HQL NAV SOX MH FL / CFL LED Sonstige Sonstige 1% FL / CFL 10% LED 7% HQL 20% NAV; 47% SOX 8% NAV 48% NAV: HQL: SOX: MH: FL/CFL: Natriumdampf Hochdruckentladungslampe Quecksilberdampflampe Natriumdampf- Niederdrucklampe Halogenmetalldampflampe z.b. HCI-TT 50W/Super 4Y Leuchtstofflampe / Komapaktleuchtstofflampe 3 % Renovierung /a mit 70% Anteil Neuinstallation HQL Ersatz LED- Anteil bei verkauften Leuchten: ,00% ,00% ,00% ,00% 2

3 Die Leuchtenproblematik Stand heute Probleme: Viele Beleuchtungsanlagen sind veraltet, HQL Verbot * Investitionsmittel für eine Komplettsanierung fehlen Suche nach Alternativen gestaltet sich schwierig *: HQL Lampen dürfen im Lagerabverkauf noch geliefert werden und sind noch erhältlich 3

4 Problematik Investitionen Notwendige Investitionen in die Straßenbeleuchtung Investition für den Ersatz HQL Deutschland Frankreich Türkei Italien Spanien Finnland Schweden Notwendige Investitionen in die Straßenbeleuchtung Investitionsbedarf in Europa ausschließlich für HQL Ersatz: ~ 6,2 Milliarden Euro 1 [1] Auf Datenbasis Lighting Europe 2014 / HQL- Verkaufszahlen; Annahmen : 70% der in Europa verkauften HQL Lampen sind für die Außenbeleuchtung; Preisfaktor Erneuerung von 100 Lichtpunkten mit nachfolgenden Technologiemix: Neue Leuchte ; Neue Leuchte+Mast; Systemwechsel; Retrofit LED und Sonstiges 4

5 Grundtenor für eine energieeffiziente Sanierung Was ist eine ineffiziente Beleuchtung? Eine ineffiziente Beleuchtung definiert sich im allgemeinen Sprachgebrauch über die Energiekosten, bedeutet je mehr Energie verbraucht wird je ineffizienter ist die Anlage, doch was ist mit : Normgerechte Beleuchtung? Gleiches Beleuchtungsniveau? Verbesserte Lichtqualität? Umbau / Neue Leuchte / Retrofit? Kosten / Nutzen? Wartung / Instandsetzung? Störanfälligkeit usw. 5

6 Bekannte Weg zur energetischen Sanierung Straßenbeleuchtung wird im Schnitt alle 35 Jahre ausgetauscht. OSRAM und Siteco bieten Lösungen an, die sich für jedwegliche energetische Sanierungen eignen. Systemalter 20 Jahre > 20 Jahre Lösung Systemwechsel Langfristig: Neue Leuchte Kurzfristig: Lampen-Retrofit oder Bevorratung Lampentyp HPD HPD LED-Modul Plug-in/HQL Treiber EVG/KVG EVG (PTo) EVG (OT) KVG LMS 3DIM 3DIM 3DIM und andere nein Energieeinsparung Bis zu 55 % Bis zu 70 % Bis zu 80 % Bis zu 11 %* *: bei erhältlichen konventionellen Plug-In Lampen 6

7 Systemwechsel Systemwechsel Ein Systemwechsel findet statt, wenn ein Leuchtmittel verwendet wird, welches vom Typenschild der Leuchte abweicht. Somit ist der Einsatz von LED - Retrofit- Lampen Beibehaltung der vorhandenen Leuchte Traditionellen Retrofit Lampen(Plug-In) Umbau von Vorschaltgeräten ein Systemwechsel Entfernung des aktuellen Lampen- /Gerätesystems Installation eines Ersatz-Geräteträgers mit neuem Lampen- und Vorschaltgerätesystem Der Unterschied besteht lediglich beim Aufwand der Montage beim jeweiligen Leuchtmittel. z.b.: HQL Ersatz 80W: Vorschaltgerät bleibt erhalten HPD 1 - Plug-In Lampe sichere Alternative 2 Vorschaltgerät überbrücken Retrofit Lösung nicht empfehlenswert, da bei Verwechselung und Einsatz eines anderen Produkts, dieses zerstört werden kann. [1]:Hochdruckentladungslampen z.b.: Natrium - Hochdruckentladungslampe [2]:Bei Einsatz von Natriumdampf Hochdruckentladungslampen bzw. platzergeschützte Halogen-Metalldampflampen 7

8 Betriebsgeräte für Hochdruckentladungslampen Elektromagnetische Vorschaltgeräte - Langlebige Technologie (robuste Bauform) - Kompakte Bauform - Reduzierte Verlustleistung bei Verlustarmen Vorschaltgeräten - Produkte für Hochdruckentladungslampen W mit A2 (ab 2017) bereits jetzt erhältlich Elektromagnetische Vorschaltgeräte haben eine geringe Ausfallrate über die Lebensdauer. In der Regel verbleiben sie in der Leuchte bis zur Erneuerung der Anlage. Elektronische Vorschaltgeräte - Energieeffiziente Technologie - Kompakte Bauform - Geringe Verlustleistung - Produkte ErP konform - PTo Technologie bei > 50 W mit 3DIM Funktion - Verbessern LLMF des Leuchtmittels (NAV) Neuste elektronische Komponenten verbessern die Lebensdauern von elektronischen Vorschaltgeräten. Das OSRAM PTo ist sowohl für NAV und HCI Produkte einsetzbar. 8

9 LED Retrofit Lösungen Quelle: Alibaba.com Einfacher Wechsel von HQL zu LED Lumen Effizienz(> 100 lm/w) Mittlere Lebensdauer(> Sunden) Zum Teil erhebliche Änderung der LVK Je nach Leistungsstufe größere Umbaumaßnahmen erforderlich (z.b.: Ersatz von NAV Lampen) Temperaturbelastung internes Vorschaltgerät 9

10 Simulation LED Retrofit in SITECO SR 50 Messergebnisse / 3D Modell LVK NAV-T 50W/Super 4Y (Referenz) HCI-TT 35W/ 830 Super 4Y LED Retrofit 22 W LED Retrofit 27 W Nr. Lampentyp Phi - Lampe Systemleistung Systemlichtausbeute Phi - Leuchte Leuchteneffizienz Leuchtenwirkungsgrad Verluste 1 NAV-T 50W/Super 4Y 56 W lm 69 lm/w lm 53 lm/w 77% 23 % 2 HCI-TT 35W/830 Super 4Y 43 W lm 100 lm/w lm 75 lm/w 75% 25 % 3 LED Retrofit 22W 22 W lm 116 lm/w lm 76 lm/w 65% 35 % 4 LED Retrofit 27W 26 W lm 104 lm/w lm 60 lm/w 58% 40 % 10

11 Was sollte eine wirtschaftliche Betrachtung beinhalten? Je nach Systemlösung variieren die Kosten in der Außenbeleuchtung. Grundsätzlich kann man nachfolgende Kostentreiber definieren. Betrachtung der Anlage über einen Lebenszyklus von z.b.: 25 Jahre Entsorgung Anschaffung Installation Montage Wartung Instandsetzung Energieverbrauch Doch nur wenn ich alle Kosten einer Installation betrachte 11

12 Wartung und Instandsetzung Angaben von Herstellern über Wartungsfaktoren, Lebensdauer /Ausfallraten etc. Mittlere Lebensdauer LSF 6 Jahres Lampe LMF B5 Wert: Zeitspanne innerhalb der 5 % der eingesetzten Lampen / Vorschaltgeräte in einer Lichtanlage ausfallen können. Bei OSRAM HPD bedeutet die Bezeichnung 4Y = h bzw. 6Y = h aktuell B5 B5 Wert Nutzlebensdauer B50 Wert 3 Y / 4 Y / 6Y Wartungsintervall LLMF Mittlere Lebensdauer ( B50 Wert): Zeitspanne innerhalb der 50 % der eingesetzten Lampen/Vorschaltgeräte in einer Lichtanlage ausfallen können. Nutzlebensdauer Lampe (wirtschaftliche Lebensdauer): Zeitspanne innerhalb der Wartungsfaktor der Lampe zum Beispiel noch % beträgt. Bei OSRAM HPD bedeutet die Bezeichnung 4Y bzw. 6Y: 80% [1] Lampenwartungsfaktor 12

13 Lebensdauer elektronische Vorschaltgeräte Die Umgebungstemperatur ta ist abhängig von: Außentemperatur (Einsatzgebiet) EVG Betriebstemperatur (Verlustleistung) Lampenleistung (Erwärmung Leuchte) Leuchtentyp (Farbanstrich, Größe) 13

14 Restlichtstrom in % Der Wartungsfaktor von Modulen Angabe zur Lichtstrommaintenance z.b.: L 80 B 50 bei h 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% Lichtstrommaintenance LED Brenndauer x 1.000h L80/B L80/B L80/B L80/B Angabe zur Ausfallrate Modul z.b.: Kein Lichtstrom da Totalausfall L 0 C 1 bei h 1% Ausfall bei h Berechnungsbeispiel: Betrachtungszeitraum: h L 80 B 50 bei : LLMF = 0,80 L 0 C 1 bei h: LSF = 0,99 Modulwartungsfaktor = LLMF (L 80 B 50 bei ) x LSF(L 0 C 1 bei ) =0,80 x 0,99 = 0,79 14

15 Wartungsfaktor Leuchte Wartungsfaktor einer Beleuchtungsanlage Leuchtenwartungsfaktor: 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wartungsfaktor Leuchte gemäß CIE:154:2003 (ab 4 Jahre und IP 3 / 4 abgeschätzt) : mittlere Verschmutzung Wartungszeitraum in Jahren IP 2X IP3X IP 4X IP 5X IP 6X Beispielrechnung: Wartungsintervall 4 Jahre / IP 6x Leuchte HPD Lampe: Wartungsfaktor = LSF *LLMF* LMF = 95%* 83% * 85% = 67 % LED Leuchte = LLMF (L 80 B 50 bei ) *LSF(L 0 C 1 bei ) *LMF = 80% * 99% *85% = 67 % Hintergrund der Berechnung: - LED im Betrachtungszeitraum h kein Gruppentausch notwendig - LED Systeme sind nicht automatisch Wartungsfrei - Bei konventionellen Leuchtmittel muss ein Gruppenwechsel eingeplant werden - Ausfall von Vorschaltgeräten wird nicht in der Wartungsfaktorberechnung berücksichtigt 15

16 Traditionelle Leuchtmittel und Leuchte X + 4 Jahre X + 12 Jahre X + 20 Jahre X + 28 Jahre X + 35 Jahre Reinvest Lampentausch Lampentausch Lampentausch Lampentausch X Invest X + 8 Jahre Lampentausch X + 16 Jahre Lampentausch X + 24 Jahre Lampentausch X + 32 Jahre Lampentausch 4 Jahres Lampe 10 Anfahrten Quelle: Thomas Erfert SRM 16

17 LED Leuchte unabgestimmte Komponenten X + 4 Jahre X + 14 Jahre X + 24 Jahre X + 34 Jahre X Invest X + 8 Jahre X + 19 Jahre X + 28 Jahre X + 35 Jahre Reinvest Billig LED Leuchte 13 Anfahrten X + 15 Jahre Tausch LED Modul X + 30 Jahre Tausch LED Modul X + 10 Jahre Treibertausch Quelle: Thomas Erfert SRM X + 20 Jahre Treibertausch X + 30 Jahre Treibertausch 17 17

18 Ein Lebenszyklus mit qualitativ hochwertiger LED - Leuchte X + 4 Jahre X + 12 Jahre X + 20 Jahre X + 28 Jahre X + 35 Jahre Reinvest X Invest X + 8 Jahre X + 24 Jahre LED Leuchte 10 Anfahrten X + 16 Jahre Tausch LED Modul X + 32 Jahre Tausch LED Modul Quelle: Thomas Erfert SRM X + 16 Jahre Treibertausch X + 32 Jahre Treibertausch 18

19 Beispiel: Wirtschaftliche Betrachtung 100 Leuchten sollen umgebaut werden Beleuchtungsniveau gleichwertig / besser Betrachtungsdauer 15 Jahre (Plug-In, Systemumbau, LED Retrofit) Berechnungen: 1: Energiekosten + Invest 2: Steigende Energiekosten/ Invest / feste Wartungskosten 3: Umfassende Betrachtung aller Kosten 19

20 Beispiel: Wirtschaftliche Betrachtung 1.Energieberechnung mit Excel. 2. Steigende Energiekosten/ Invest / feste Wartungskosten Quelle: Dena Straßenlotse Grunddaten LZKl_Aussenbeleuchtung.xlsx Laufzeit 15 Jahre Aktueller Strompreis 0,16 /kwh Strompreissteigerung 4 Prozent Anlagendaten Plug-In HIE 35 W LED Retrofit 36 W Technologie Natriumdampf Metallhalogendampf LED Leistung in Watt Anzahl Lichtpunkte Lampen pro Lichtpunkt Durchschnittliche Betriebsstunden pro Nacht Stunden mit reduzierter Leistung Reduzierung auf x% Leistungsaufnahme 0 0 Anschaffungskosten Kosten pro Lichtpunkt Installationskosten pro Lichtpunkt Kosten pro Wartung pro Lichtpunkt Wartungsintervall in Jahren

21 Beispiel: Wirtschaftliche Betrachtung OSRAM Basisdaten Finanzkalkulation Land Deutschland Mehrwertsteuer no/nein Inkl. Steigerungsrate Energie und Arbeitskosten yes/ja TCO Preisauswahl Lampen und OSRAM EVG 1 Strompreis je kwh (net/netto) 0,1600 Strompreiserhöhung pro Jahr 4,00% Steigerungsrate Arbeitskosten 3,00% Mehrwertsteuer % 0,00% Berechnungsart Budget incl. Förderprogram yes/ja Kreditzinssatz dynamische Amortisation 7,50% Kreditlaufzeit 10 Systemvergleich System 1 System 2 System , , , , , , , , Wartung und Instandsetzung Kosten Energie Invest Technologie Austausch Austausch Austausch Leuchten / km Leuchtenauswahl HQL /HPL W HQL /HPL W HQL /HPL W Lampe / Leuchte Plug-In HIE 35W LED Retrofit 36 W Betrieb Volllast Volllast Volllast Wartungszyklus Lampen oder Module / Sicherheitsüberprüfung Leuchten 3 Years / Jahre 4 Years/Jahre 13 Years/Jahre 3 Years / Jahre 4 Years/Jahre 4 Years/Jahre 21

22 Wirtschaftliche Betrachtung (15 Jahre) 1:Energie + Invest Plug-In HIE 35 W LED Retrofit 36 W 2. Steigende Energiekosten/ Invest / feste Wartungskosten Plug-In HIE 35 W LED Retrofit 36 W 3. Umfassende Betrachtung aller Kosten Plug-In HIE 35 W LED Retro 36 W Der Vergleich der einzelnen Diagramme veranschaulicht deutlich wie Systeme die eigentlich wirtschaftlich Arbeiten sollten aufgrund der Wartung- und Instandhaltungskosten an Kosteneffizienz verlieren. 22

23 Resümee: Traditionelle Leuchtmittel im Zeitalter der LED, sind in vielen Vergleichen noch eine sehr wirtschaftliche Alternative werden noch über Jahre benötigt und zur Verfügung stehen LED ist die Zukunft in der Außenbeleuchtung, weswegen ein hoher Qualitätsstandard von LED Leuchten auch einen höheren Preis rechtfertigt LED- Retrofitlösungen auf die Leuchte abgestimmt werden sollten 23

24 Ansprechpartner Bei weiteren Fragen und Anregungen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung Technischer Support: Markus Demmert Außenbeleuchtung Expert OSRAM GmbH CLB HPD&ECG D-HPD EM Nonnendammallee Berlin, Deutschland Tel Mobile Fax OSRAM Sales: Michael Stats Handelsfachwirt IHK Vertical Application Manager DACH Transportation & Outdoor OSRAM GmbH CLB GI-TRA DACH VAM Parkring Garching Mobile Fax m.stats@osram.de 24