LED-Technik in der öffentlichen Beleuchtung

Ausgangslage

Der Einsatz von LED-Leuchtmitteln in der Beleuchtung wird als Chance für mehr Energieeffizienz und Energieeinsparung angesehen. Effizienz und Lichtstrom der LED haben in den letzten Jahren deutlich zugenommen, sodass nun Anwendungen in der Straßenbeleuchtung möglich sind. Dabei ist zu beachten, dass ein effizientes Leuchtmittel alleine noch keine effiziente Beleuchtung ausmacht.

Die LED kann ihr großes Potenzial nur in Verbindung mit modernen Leuchten voll ausspielen. Eine moderne LED-Straßenleuchte besteht aus Gehäuse, LED-Modul, Treiber (Stromversorgung für das LED-Modul) und optischem System zur Lichtlenkung (Linsen, Mikroreflektoren et cetera). Das LED-Modul besteht in der Regel aus einer Vielzahl von einzelnen LEDs. Derzeit liegt die Lichtausbeute der LED bereits über der von konventionellen, in der Straßenbeleuchtung eingesetzten Leuchtmitteln. Jedoch ist die Entwicklung der LED noch nicht gänzlich abgeschlossen.

Vorteile der LED

• Hohe Standzeit von über 70.000 Betriebsstunden (entspricht rund 17 Jahren) wird garantiert
• Geringere Degeneration als bei konventionellen Leuchtmitteln (nach der Gewährleistung von 17 Jahren steht immer noch ein Lichtstrom von über 90 Prozent des ursprünglichen Lichtstromes zur Verfügung)
• Im Unterschied zur Leuchtstofflampe kein reduzierter Lichtstrom bei tiefen Temperaturen
• Durch gute Dimmbarkeit einfache Anpassung an den erforderlichen Lichtstrom
• Die Degeneration der LEDs kann durch die Software in modernen Treibern gut kompensiert werden.
• Halbnachtschaltung zur Anpassung des Helligkeitsniveaus in den Nachtstunden durch Dimmung (keine Veränderung der Lichtstärkeverteilung)

Nachteile der LED

• Sensibel für hohe Temperatur (Sperrschichttemperatur 60 bis 70 Grad Celsius) im Betrieb
• Vorhandene Leuchten schwer adaptierbar, da das Licht "gerichtet" (und punktuell) aus der LED austritt. Daher werden in Wien für die Standard-Straßenbeleuchtung keine Retrofit-Lösungen eingesetzt.
• Höchste Lichtausbeute bei "unnatürlichen Lichtfarben" (größer als 5.000 K) - diese werden allerdings in Wien nicht eingesetzt.

Herausforderungen

• Mögliche Blendungseffekte durch extrem helle Lichtpunkte
• Schutz der elektronischen Systeme vor Überspannungen und elektrostatischer Aufladung (zum Beispiel bei Gewittern): Überspannungsfestigkeit von LED-Leuchten
• Dynamik der Weiterentwicklung (Ersatzteilhaltung, Lieferzeit, Schnittstellen, Lagerbarkeit et cetera)

Umsetzung in Wien

Die Abteilung Wien leuchtet (MA 33) hat bereits 2009 begonnen, im untergeordneten öffentlichen Straßen- und Wegenetz (Geh- und Radwege, Parks et cetera) LED-Technik einzusetzen. Eine der ersten Anlagen wurde im Arne-Karlsson-Park errichtet. In größeren Stückzahlen (circa 1.200 Leuchten) kam die LED 2013 auf der Donauinsel und den beiden Donauufern zum Einsatz. In Folge wurden auch im höherrangigen Straßennetz Testanlagen aufgebaut, um in diesem Bereich ebenfalls Erfahrungen mit LED-Leuchten zu sammeln. Die Wiener Standardleuchte wurde erstmals im neuen Stadtteil Aspern Seestadt Süd eingesetzt (circa 1.000 Leuchten).

Die Praxis zeigt, dass sich die Bemühungen der Qualitätssicherung und das Prüfen der Leuchten im Labor gelohnt haben. So konnten wichtige Erkenntnisse in die neue Leuchten-Generation einfließen. Seit 2017 wurden rund 50.000 LED-Seilhängeleuchten in der ganzen Stadt eingesetzt. Bis dato gibt es kaum Frühausfälle. Ausfälle nach Gewittern sind noch gar nicht aufgetreten.

LED-mit solarer Stromversorgung

In der Vergangenheit wurden auch LED-Leuchten mit solarer Stromversorgung getestet. Diese Technik hat sich jedoch aus folgenden Gründen als problematisch erwiesen:

• Reduzierte Sonneneinstrahlung in den Wintermonaten (weniger Sonnenstunden, diesiges Wetter, Abschattung aufgrund der tief stehenden Sonne)
• Reduzierte Akku-Kapazität aufgrund der Kälte
• Begrenzte Lebensdauer der eingesetzten Akkus
• Zuverlässigkeit beziehungsweise Langlebigkeit der elektronischen Komponenten (Ladetechnik, Solarzellen) nicht gewährleistet
• Hoher Wartungsaufwand für Akku-Tausch und Reinigung der Solarzellen
• Verwendung von ökologisch bedenklichen Stoffen (Blei, Säure et cetera)

Somit ist die Sicherstellung einer normgerechten Beleuchtung der Verkehrsflächen speziell in den Wintermonaten nicht gewährleistet. Die Errichtungskosten pro Lichtpunkt liegen in ähnlicher Höhe wie bei herkömmlichen Anlagen. Die Betriebsführungskosten übersteigen die Kosten für konventionelle Beleuchtungsanlagen jedoch eklatant. Deshalb wird die Solarleuchten-Technik derzeit nicht für die normgerechte Beleuchtung von Parks und Verkehrsflächen eingesetzt.

Umrüstung auf der Donauinsel

Die Umrüstung der Kugelleuchten auf der Donauinsel ist ein sehr gutes Beispiel dafür, wie die Möglichkeiten der LED-Technik in Verbindung mit modernen Leuchten optimal zur Energieeinsparung bei gleichzeitiger Verbesserung des Beleuchtungsniveaus genutzt wurden. Zusätzlich konnten die negativen Auswirkungen von künstlicher Beleuchtung auf die Insektenwelt je nach Insekten-Familie um rund 80 Prozent verringert werden. Das belegt eine Studie, die begleitend zur Umrüstung durchgeführt wurde.

Der Umbau der etwa 1.200 Leuchten auf der Donauinsel und an beiden Donauufern konnte Anfang 2013 abgeschlossen werden. Durch die Reduktion der elektrischen Leistung von ursprünglich 89 Watt für die Kugelleuchte auf 17,6 Watt bei der LED-Leuchte ergibt sich eine jährliche Energieeinsparung von rund 370.000 kWh. Durch diese Einsparung wird die Umrüstung in einem Zeitraum von knapp 10 Jahren refinanziert.

Studie

Bericht zu den Auswirkungen von Blendschute und Halbnachtschaltung auf nachtaktive Insekten, sowie deren Flugzeitrhythmen und Aufenthaltszeiten an LED- und Langfeldleuchten: 1,8 MB PDF