Neuland

Leuchtende Zukunft

Michael Heidinger hat eine Schaltung entwickelt, welche LED-Straßenleuchten energieeffizienter und langlebiger macht. Gemeinsam mit GRATZ Luminance und den Pfalzwerken wagt er den Feldversuch.

Wer am späten Abend durch das Musikerviertel der Gemeinde Maxdorf spaziert, dem fällt eine Veränderung auf: 25 Straßenlaternen erstrahlen in neuem Licht. Im Februar 2019 wurden dort die alten Quecksilberdampflampen gegen moderne LED-Leuchtmodule getauscht. Dies allein wäre allerdings noch keine Besonderheit, weiß Michael Heidinger, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT arbeitet: „Viele Kommunen stellen ihre Straßenleuchten aktuell auf lichtemittierende Dioden, kurz LEDs, um. Damit kommen sie nicht nur den europäischen Vorgaben hinsichtlich der Vermeidung von Umweltgiften nach, sie profitieren auch von vielen Vorteilen. LEDs bieten eine Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden, sind energiesparend und ermöglichen eine gleichmäßigere Ausleuchtung.“

Die Besonderheit der neuen Leuchten in Maxdorf kann allerdings nur bei genauerem Hinsehen erkannt werden: Statt weniger, starker High-Power-LEDs, die normalerweise in Straßenleuchten verwendet werden, kommen hier sogenannte Mid-Power-LEDs zum Einsatz. Dabei handelt es sich um kleinere und lichtschwächere Dioden, die sich durch eine gesteigerte Energieeffi zienz und reduzierte Blendung auszeichnen. „Um die gleiche Leuchtleistung zu erzielen, müssen Mid-Power-LEDs allerdings auch in größerer Zahl verbaut werden, was zu Problemen hinsichtlich einer erhöhten Betriebsspannung führt“, erklärt Heidinger.

Da die Spannung proportional zur Anzahl der in Reihe geschalteten Dioden steigt, werden bei Mid-Power-LEDs sehr schnell hohe Spannungen erreicht. Die sichere Berührspannung von 120 Volt wird dabei schnell überschritten. Um dies zu umgehen, müssten die Leuchtdioden parallel geschaltet werden. Allerdings bedingt eine Parallelschaltung bisher eine ungleichmäßige Stromverteilung auf die einzelnen LEDs, was nicht nur zu starken Unterschieden in der Alterung, sondern, bei Ausfall einer einzelnen Diode, auch zum Versagen des Gesamtsystems führt.

Genau hier setzt die neuartige Schaltungstechnologie von Heidinger an, welche die gleichmäßige Stromteilung für Mid-Power-LEDs sicherstellt. „Ein Stromregler pro parallelgeschaltetem LED-Strang sorgt dafür, dass jeder Strang auf einen, in der Schaltung ermittelten, Mittelwert eingeregelt wird. Bei Abweichungen werden Unterschiede angeglichen“, so Heidinger. „Dies ermöglicht den Einsatz von Mid-Power-LEDs nun in großflächigen, lumenstarken Anwendungen.“

Das große Potential der patentierten Schaltung erfüllt auch die Erwartungen von Klaus Müller. Als Geschäftsführer der GRATZ Luminance GmbH, ein Leuchtenhersteller im Premiumsegment, steht für ihn die Nachhaltigkeit klar im Fokus.

„Es macht mich stolz, in Maxdorf das Ergebnis jahrelanger Forschung zu sehen. Hinzu kommt das positive Feedback seitens der Anwohner, die sich durch die bessere Ausleuchtung wesentlich sicherer fühlen.“

Michael Heidinger

Im Verbundprojekt „Optimiertes Gesamtsystem LED-Leuchte“, an dem auch das LTI beteiligt ist, arbeitet GRATZ Luminance an langlebigen Beleuchtungslösungen. „Auf Grundlage der Schaltung von Herrn Heidinger entwickelten wir unser LEDLeuchtmodul. Durch die deutliche Steigerung des Wirkungsgrades können wir uns zur Konkurrenz abgrenzen, ohne dabei Kompromisse in der Lebensdauer eingehen zu müssen“, stellt Müller klar. „Damit ist ein Einsparpotenzial des Stromverbrauchs von bis zu 30 Prozent gegenüber High-Power-LEDs der gleichen Generation möglich.“

Auch bei den Anwendern stößt die Idee auf fruchtbaren Boden: „Wir erachten die Technologie als äußerst vielversprechend und haben uns gerne bereit erklärt, die Leuchten in einem Feldversuch zu testen“, erklärt Stefan Lang, Technologie- und Innovationsmanager bei der Pfalzwerke AG. 25 Straßenlaternen in Maxdorf sind nun mit Leuchten der Firma Gratz ausgestattet und werden in den kommenden zwei Jahren auf Herz und Nieren getestet. Dazu wurden Messgeräte installiert, um die Leistung der Leuchten zu erfassen. „So können wir in ein paar Monaten die Ergebnisse auswerten und weitere Gemeinden von Mid-Power-LEDs überzeugen“, sagt Lang.

Die Zahl möglicher Einsatzgebiete ist groß, angefangen von der Beleuchtung von Betriebsgeländen und Campus bis hin zu Fahrradwegen. „Wir sind gespannt auf die Ergebnisse des Feldversuchs, um den exzellenten Wirkungsgrad bei langer Lebensdauer mit Praxiszahlen zu belegen.“, so Heidinger.

Bilder v.o.n.u.: dailin / Shutterstock, bearbeitet von DER PUNKT | Tanja Meißner / KIT

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