LED-Technik: Die Zukunft der Straßenbeleuchtung? Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 1

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1 LED-Technik: Die Zukunft der Straßenbeleuchtung? Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 1

2 Inhalt 1. Allgemeines 2. LED im Vergleich mit anderen Lichtquellen 3. Wunsch und Wirklichkeit 4. Verfügbare Leuchten mit LED 5. Entwicklungsprognose Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 2

3 1. Allgemeines 2. LED im Vergleich mit anderen Lichtquellen 3. Wunsch und Wirklichkeit 4. Verfügbare Leuchten mit LED 5. Entwicklungsprognose Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 3

4 Neues Leuchtmittel: Entwicklung der LED 1962: erste rote LED 1971: grüne, orange, gelbe LED Anzeigeelemente Beginn der 80-er Jahre: LED übertreffen an Effizienz farbige Glühlampen Signalanwendungen ab 2000: Lichtausbeuten der LED steigen Beleuchtungslösungen, seit 2007 auch in der SB Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 4

5 Große Resonanz in den Medien Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 5

6 Skepsis in der Fachwelt Zwei Zitate* vom Kongress Straßenbeleuchtung des VWEW im Oktober 2009: Jede Woche kriegen wir einen Schuhkarton mit LED vorgesetzt und sollen beurteilen, wie gut diese Leuchte ist. Jeder, der eine Leiterplatte herstellen kann, will jetzt Straßenleuchten mit LED verkaufen. Ergebnis einer Untersuchung an der TU Darmstadt: Von 50 untersuchten Leuchten können nur zwei für eine DINgerechte Beleuchtung verwendet werden (Mitte 2009) Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 6

8 Bewertung von Leuchtmitteln > Lichtausbeute Quotient aus elektrischer Anschlussleistung und abgegebenem Licht = Φ/P in lm/watt > Farbwiedergabe Eigenschaften einer Lichtquelle, Farben korrekt wiederzugeben R a -Index, Sonnenlicht: R a =100 > sonstige Eigenschaften wie Dimmbarkeit Erschütterungsfestigkeit Schaltfestigkeit Lebensdauer Anlaufverhalten Strahlungsemission im nicht sichtbaren Bereich Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 8

9 Einsatz von LED für die Beleuchtung Sept Farbwiedergabe R a AGL HME KLL LL LED HIE-CE HSE HST LED Leuchtdiode *3) HSE Natriumdampf-Hochdrucklampe HIE-CE Metallhalogendampf-Hochdrucklampe *1) HME Quecksilberdampflampe KLL, LLKompaktleuchtstofflampe *2), Leuchtstofflampe *1) Metallhalogendampf-Hochdrucklampen mit elektrischer Kompatabilität zu Natriumdampf-Hochdrucklampen *2) Kompaktleuchtstofflampen zum Einsatz im Außenbereich (Φ max bei 5 C) *3) Angaben beziehen sich auf LED in Systemen Lichtausbeute lm/w > Lichtausbeute: Quotient aus Lichtstrom (= Strahlung einer Quelle im sichtbaren Bereich) und elektrischer Anschlussleistung [lm/w] > Farbwiedergabe: Wiedergabe von Normfarben (Tageslicht: R a =100) Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 9

10 LED -Fakten im Vergleich dimmbar Erschütterungsfestigkeit Schaltfestigkeit Lebensdauer Anlaufverhalten LED 0-100% Leuchtstofflampe % o EVG: + VVG: Energiesparlampe Nur Spezialtypen o Nur Spezialtypen + - (Halogen-) Glühlampe 0-100% -- o Hochdruckentladungslampen (HSE/T und HIE) % Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 10

11 Vorteile LED lange Lebensdauer ( h) keine UV oder IR-Strahlung in verschiedenen Farben erhältlich beliebig häufig schaltbar, voller Lichtstrom steht ohne Verzögerung zur Verfügung dimmbar von 0-100% gute Farbwiedergabe Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 11

12 Nachteile LED Lichtstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur > Wärmeentwicklung erfordert aufwändiges Thermomanagement > Lichtstrom geht mit steigender Temperatur zurück Relativer Lichtstrom 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Temperatur in C > temperaturabhängige Lebensdauer > LED mit warmweißer Lichtfarbe haben geringeren Wirkungsgrad als LED mit kaltweißer Lichtfarbe > nicht standardisiert (Ausnahme: Substitute für Glühlampen mit E27-Fassung) > teuer Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 12

14 Marketingversprechen > Lichtausbeuten (lm/watt) Vermischung zwischen LED in Systemen und reinen Laborwerten > Lebensdauer: Lebensdauer LED <> Lebensdauer System (Treiber h) Lebensdauer der LED bezieht sich auf einen Lichtstromrückgang auf 70 %, für klassische Leuchtmittel ist meist der 80 %-Wert angegeben > Anlagenvergleiche Mit der LED-Technologie lassen sich xx % Energie sparen!? Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 14

15 Lichtausbeute (Stand Ende 2009) Betriebsdauer h ca h kleiner h Lichtausbeute unter 10 lm / W Max lm / W über 120 lm / W Anzeigeelement (Außen)-Leuchten Hochleistungs- LED (nicht in Systemen) Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 15

16 Bewertung von Beleuchtungsanlagen DIN 13201: liefert die Vorgaben für die Straßenbeleuchtung in Europa > Beleuchtungsniveau: Beleuchtungsstärke (wieviel Licht kommt an) Leuchtdichte (wieviel Licht wird reflektiert) > Gleichmäßigkeit: Wie groß ist das geringste Beleuchtungsniveau auf einem Punkt der betrachteten Fläche im Verhältnis zum mittleren Beleuchtungsniveau > Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis: Verhältnis der Beleuchtungsstärke auf dem Fußweg zur Beleuchtungsstärke auf der Fahrbahn Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 16

17 Vorsicht Katalog 1. Hersteller vergleicht: LED-Leuchte mit 59 LED und einer Anschlussleistung von 76 Watt Leuchte mit Natriumdampfhochdrucklampe (HST) 100 W Versprochene Energieverbrauchssenkung: -33% 2. Mit einem Lichtpunktabstand von 26 m erreicht unser Produkt eine Leuchtdichte von 1 cd/m² nach DIN Halten diese Versprechen einer Prüfung stand? Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 17

18 Berechnungsbeispiel: LED vs. HST Geometrie der Straße Lichtpunkthöhe Straßenbreite 7 m 7 m Anzahl der Fahrstreifen 2 Vorgaben nach DIN beworbene LED-Leuchte Beleuchtungsniveau L m 1 cd/m² Gleichmäßigkeit U o 0,4 Gleichmäßigkeit U l 0,5 Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis 0,5 Technische Standardleuchte Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 18

19 Ergebnis 1. Mit einer Standardleuchte HST 100 W dürfen die Lichtpunkte 36 m auseinander stehen. Wenn man die LED-Leuchte mit 36 m Abstand errichtet, ergibt sich eine mittlere Leuchtdichte von 0,6 cd/m². Der Energieverbrauch sinkt um 33%. Das Beleuchtungsniveau sinkt um 40%. 2. Die im Prospekt enthaltenen Angaben stimmen nicht. Beim beworbenen Lichtpunktabstand ist das Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis < 0,5. Die Anlage erfüllt die Anforderungen nach DIN nicht! Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 19

20 Vergleich an Hand eines Praxisbeispiels Berechnung einer Straße nach DIN LED-Leuchte 71 W Natriumdampf- Hochdrucklampe 50 W Anschlussleistung P=71 Watt Lichtstrom Lumen Lichtausbeute 57,7 lm/w Lebensdauer LED h Farbtemperatur K (tageslichtweiß) Anschlussleistung P=62 Watt Lichtstrom Lumen Lichtausbeute 71,0 lm/w Lebensdauer h Farbtemperatur K Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 20

21 Berechnung der Lichtpunktabstände Forderung nach DIN 13201: mittlere Beleuchtungsstärke E m =5 Lux ( 7,5 Lux) minimale Beleuchtungsstärke E min =1 Lux E m = 7,26 Lux E m = 5,7 Lux E min = 1,05 Lux E min = 1,18 Lux LpA* = 24,5 m LpA* = 30 m LpA*: Lichtpunktabstand Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 21

22 Rechnerischer Vergleich Für einen Kilometer zu beleuchtende Straße benötigt man: 41 Stück Leuchtstellen 34 Stück Watt Anschlussleistung Watt h jährliche Betriebsdauer h kwh Energiebedarf kwh Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 22

24 LED-Leuchten I: Neues Design für neue Technik > Straßenleuchten heben sich von traditionellen Formen ab > Extravagante Formen bedingen zum Teil extravagante Preise > Interesse wird bewusst auf die LED-Leuchten gelenkt Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 24

25 LED-Leuchten II: Traditionelle Designs mit LED Dekorative Straßenleuchte, entworfen für den Einsatz von LED Dekorative Straßenleuchte, angepasst für den Einsatz von LED > Design lehnt sich an Bewährtes an Dekorative Straßenleuchte, angepasst für den Einsatz von LED > Stadtbild wird nicht revolutioniert > sukzessive Einführung der neuen Technik möglich Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 25

26 Aktivitäten der RWE Rheinland Westfalen Netz AG LED-Projekte in 24 Kommunen mit insgesamt 276 Leuchtstellen Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 26

28 Entwicklungstendenzen Innenbeleuchtung >Beleuchtungsaufgaben mit emotionalem Charakter >tendenziell nicht für die Allgemeinbeleuchtung Außenbeleuchtung >kurzfristig: > dekorative Beleuchtung > Nutzbeleuchtung mit geringem bis mittlerem Beleuchtungsniveau >mittel- bis langfristig > Beleuchtung von Verkehrsstraßen > Sonderbeleuchtung wie Fußgängerüberwege Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 28

29 Trends So könnte die (eine) Lösung der Hersteller aussehen: Vorstellung der Firma Osram anlässlich einer Euroforum-Tagung > Lichtlenkung mittels Reflexion und Vorsatzlinsen > kann einfach gewechselt werden > Lichtstrom ( Lichtmenge ) kann angepasst werden noch nicht erhältlich Foto: Osram Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 29

30 Fazit Tipps für den Einsatz von LED > Prüfung der speziellen Anforderung: LED sind in vielen, aber noch lange nicht in allen Bereichen das optimale Leuchtmittel. > Erfahrung mit Außenleuchten: Kann der Hersteller auf Referenzen im Bereich der Außenleuchten vorweisen? > Marketingversprechen: Bei optimistischen Katalogangaben sollten diese geprüft werden! > Pauschale Energieeinsparversprechen: Welche Bezugswerte werden angenommen? Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 30

31 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Ihr Ansprechpartner bei RWE: Michael Koch E mi.koch@rwe.com T Stand des Vortrags: August 2010 Bildnachweis: Wikipedia, Philips, Osram, Idal, Bega Extranet Kommunen 9/2010, RWE Rheinland Westfalen Netz AG, Kruppstraße 5, Essen SEITE 31