LED Neuartige LED-Straßenleuchten helfen beim Sparen

Am KIT haben Wissenschaftler deutlich sparsamere LED-Leuchten entwickelt. Möglich wurde das durch ein spezielles Zusammenschalten vieler LED-Dioden. Vorteile sollen die verringerten Kosten und das angenehmere Licht sein.

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Karlsruher Institut für Technologie KIT

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher eine neue sparsamere LED-Straßenleuchte entwickelt. Gegenüber herkömmlicher LEDs könnten bis zu 20 % des Stromverbrauchs eingespart werden. Die Wissenschaftler könnten den Wirkungsgrad und die Lebensdauer von LEDs steigern, indem sie die üblichen Hochleistungsdioden durch ein spezielles Leuchtpunkte-Array – eine Anordnung von LEDs – ersetzten.

Neues Schaltkonzept ermöglicht viele LEDs auf einer Platine

Eine größere Zahl von LEDs parallel zu schalten ist schwierig, da der Ausfall einer einzelnen Diode zum Versagen des gesamten Systems oder Teilbereichs führe, erklärt Michael Heidinger vom lichttechnischen Institut, der das Projekt durchführt. Die Alternative, die LEDs in Reihe zu schalten, sei ebenfalls von Nachteil, da hier mit steigender Zahl der Dioden eine hohe Spannung benötigt wird. Weil die gesetzlich zulässige, als nicht lebensbedrohlich geltende Berührungsspannung bei 120 V liegt, konnten deshalb bislang nur bis zu 40 LEDs in einer Reihenschaltung verbaut werden.

Heidinger hat eine Schaltung erdacht, die Alterung und Ausfälle einzelner LEDs abfängt. Dadurch soll es kostengünstig möglich sein, viele LEDs auf einer einzigen Platine zu montieren und sicher zu betreiben – im Prototyp waren es 144 Leuchtpunkte. Durch das neue Schaltkonzept soll es möglich sein, mit wesentlich geringeren Spannungen zu arbeiten. „In diesem Prototyp waren es 20 Volt“, sagt Heidinger.

Kleine LEDs haben angenehme Leuchteigenschaften

Zudem führt die Konstruktion zu weniger unerwünschter Wärmeentwicklung. „Bei wenigen LEDs ist die Verlustleistung sehr konzentriert und muss aufwendig verteilt werden“, erklärt Heidinger. Mangelnde Wärmeverteilung führt zu einer Lebensdauerverkürzung der Leuchten. Die Wärme zu verteilen bzw. zu mindern ist jedoch aufwendig und somit teuer – Kosten, die bei Heidingers LED-Anordnung 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.

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Erste Industriepartner entwickeln Leuchten

Von den stromsparenden Eigenschaften der neuartigen LED-Leuchte können zukünftig Städte und Gemeinden profitieren. Gerade ist die Umstellung der alten 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, deren Stromverbrauch im Jahr 2015 rund 12.000 MWh betrug. Jährliche Strom und Wartungskosten: 3 Millionen Euro. In der Millionenstadt Berlin summierten sich die Energiekosten für die elektrische öffentliche Beleuchtung im gleichen Jahr auf rund 14 Millionen Euro. Verbraucht wurden 75.000 MWh Strom.

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Erste Industriepartner befinden sich schon in der Produktentwicklung auf Grundlage der Karlsruher Technik. „Mit der Technologie können wir erstmals blendfreie Leuchten mit hohem Wirkungsgrad konstruieren, die hohen Sicherheitsstandards entsprechen“, sagt Klaus Müller, Geschäftsführer von Gratz Luminesance. „Dieses Jahr wollen wir ersten Testkunden unsere Leuchten zu Testzwecken zur Verfügung stellen.“ (kj)

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