Straßenbeleuchtung heute

Heutzutage verwendet die Straßenbeleuchtung üblicherweise hochintensive Entladungslampen, häufig Natriumhochdrucklampen (HPS). Solche Lampen bieten die größte Menge an photopischer Beleuchtung bei geringstem Stromverbrauch. Wenn jedoch skotopische/photopische Lichtberechnungen verwendet werden, kann gesehen werden, wie ungeeignet HPS-Lampen für die Nachtbeleuchtung sind. Es wurde gezeigt, dass Weißlichtquellen die periphere Sicht des Fahrers verdoppeln und die Reaktionszeit der Fahrerbremse um mindestens 25% verlängern. Bei Verwendung von S/P-Lichtberechnungen muss die Leistung der HPS-Lampe um einen Mindestwert von 75% reduziert werden.

Eine Studie, in der Metallhalogenid- und Natriumhochdrucklampen verglichen wurden, zeigte, dass eine Straßenszene, die nachts von einem Metallhalogenid-Beleuchtungssystem beleuchtet wurde, bei gleichen photopischen Lichtverhältnissen zuverlässig als heller und sicherer angesehen wurde als dieselbe Szene, die von einem Natriumhochdrucksystem beleuchtet wurde.

Neue Straßenbeleuchtungstechnologien wie Induktions- oder LED-Leuchten geben ein weißes Licht ab, das einen hohen Anteil an skotopische Lumen liefert, sodass Straßenlaternen mit geringerer Leistung und niedrigeren Photopic-Lumen vorhandene Straßenlaternen ersetzen können. Durch formale Spezifikationen für photopische/skotopische-Anpassungen für verschiedene Arten von Lichtquellen können Kommunen und Straßenabteilungen diese neuen Technologien testen, implementieren und nutzen.

Straßenbeleuchtungstechnologien im Vergleich

light technology	life time	lumens per watt	color temperature	CRI (color rendering index)	ignition time	considerations
incadescent light	1.000 -5.000	11 – 15	2.800K	40	instant	very inefficient, short life time
mercury vapour light	12.000 – 24.000	13 – 48	4.000K	15 – 55	up to 15 min	very inefficient, ultraviolet radiation, contains mercury
metal halide light	10.000 – 15.000	60 – 100	3.000-4.300K	80	up to 15 min	high maintenance UV radiation, contains mercury and lead, risk of bursting at the end of life
high pressure sodium light	12.000 – 24.000	45 – 130	2.000K	25	up to 15 min	low CRI with yellow light, contains mercury and lead
low pressure sodium light	10.000 – 18.000	80 – 180	1.800K	0	up to 15 min	low CRI with yellow light, contains mercury and lead
fluorescent light	10.000 – 20.000	60 – 100	2.700-6.200K	70 – 90	up to 15 min	UV radiation, contains mercury, prone to glass breaking, diffused non-directional light
compact fluorescent light	12.000 – 20.000	50 – 72	2.700-6.200K	85	up to 15 min	low life / burnout, dimmer in cold weather (failure to start), contains mercury
induction light	60.000 – 100.000	70 – 90	2.700-6.500K	80	instant	higher initial cost, limited directionality, contains lead, negatively affected by heat
LED light	50.000 – 100.000	70 – 150	3.200-6.400K	85 – 90	instant	relatively higher initial cost

Glühlampen

Glühlampen sind standardmäßige elektrische Leuchtstofflampen, die vor mehr als 125 Jahren von Thomas Edison eingeführt wurden. Sie haben die niedrigsten Anschaffungskosten, eine gute Farbwiedergabe und sind notorisch ineffizient. Sie haben typischerweise eine kurze Lebensdauer und verbrauchen deutlich mehr Watt als CFLs und Halogenlampen, um die gleichen Lumen oder die gleiche Lichtleistung zu erzeugen. Die Glühlampentechnologie erzeugt Licht durch Erhitzen eines Metallfadens, der im Glas der Lampe eingeschlossen ist.

Mehr als neunzig Prozent der von einer Glühbirne verbrauchten Energie entweicht als Wärme, und weniger als zehn Prozent erzeugt Licht. Ihre Verwendung ist am häufigsten in Bereichen, die häufigem Diebstahl oder Vandalismus von Leuchten ausgesetzt sind. An diesen Orten kann eine sehr hohe Austauschrate für die Verwendung dieser billigen Glühbirnen sprechen. Überall sonst sind sie zu verschwenderisch, um einen Sinn zu ergeben. Immerhin sind 5% Wirkungsgrad und einige hundert Stunden Lebensdauer schwer zu berücksichtigen, wenn der Austausch durch LED-Systeme siebenmal weniger Energie verbraucht.

HID-Lampen (High Intensity Discharge) umfassen:

• Quecksilberdampflampen (veraltet und fast nicht mehr gebraucht)
• Halogen-Metalldampflampen
• Natriumdampf-Hochdrucklampen (HPS)

Quecksilberdampflampen

Quecksilberdampflampen wurden 1948 eingeführt. Sie wurden als wesentliche Verbesserung gegenüber der Glühlampe angesehen und leuchteten viel heller als Glühlampen oder Leuchtstofflampen. Anfangs mochten die Leute sie nicht, weil sie bläulich-grünes Licht hatten. Andere Nachteile sind, dass ein erheblicher Teil ihrer Lichtleistung ultraviolett ist und sie „abwerten“; d.h., sie werden mit zunehmendem Alter immer dunkler, während sie dieselbe Energiemenge verbrauchen.

Mitte der 1960er Jahre entwickelte Quecksilberlampen wurden mit einem speziellen Material aus Leuchtstoffen im Inneren der Glühbirne beschichtet, um den Mangel an orange/rotem Licht zu korrigieren (Erhöhung des Farbwiedergabeindex (CRI)). Das UV-Licht regt den Leuchtstoff an und erzeugt ein „weißeres“ Licht. Diese werden als „farbkorrigierte“ Lampen bezeichnet. Die meisten verwenden die Bezeichnung „DX“ auf der Lampe und weisen ein weißes Aussehen der Glühbirne auf. Ab 2008 war der Verkauf neuer Straßenlaternen und Vorschaltgeräte mit Quecksilberdampf in den USA durch den Energy Policy Act von 2005 verboten, obwohl der Verkauf neuer Glühbirnen für bestehende Leuchten fortgesetzt wird.

Halogen-Metalldampflampen

In den letzten Jahren haben Straßenlaternen aus Metallhalogenidlampen (MH) Straßen, Parkplätze sowie Lagerhäuser, Schulen, Krankenhäuser und Bürogebäude beleuchtet. Im Gegensatz zu den alten Quecksilberlichtern wirft Metallhalogenid ein echtes weißes Licht. Es ist bei weitem nicht so beliebt wie seine Natrium-Gegenstücke, da es neuer und weniger effizient als Natrium ist. MH-Lampen arbeiten bei hohen Temperaturen und Drücken, geben UV-Licht ab und benötigen spezielle Leuchten, um das Risiko von Verletzungen oder versehentlichem Brand im Falle eines sogenannten „nicht passiven Ausfalls“ zu minimieren – oder wenn die Lampe am Ende der Lebensdauer platzt. Ein kleines Feuer im Gewächshaus der Harvard University wurde durch eine solche Lampe ausgelöst, die nicht richtig aufhaltet war. Diese können nicht bei voller Helligkeit starten, da die Gase in der Lampe einige Zeit zum Aufheizen benötigen.

Zusätzlich wird jedes Mal, wenn das Licht eingeschaltet wird, eine Wiederzündzeit von 5 bis 10 Minuten benötigt, bevor die Lampe eingeschaltet werden kann. Diese Lampen eignen sich daher nicht für Situationen, in denen intelligente Steuerungssysteme zum Ein- und Ausschalten von Lichtern verwendet werden. MH-Lampen leiden mit zunehmendem Alter unter Farbverschiebungen, obwohl sich dies verbessert hat. Die tatsächliche Lebenserwartung liegt im Durchschnitt bei 10.000 bis 12.000 Stunden. Der Quecksilber- und Bleigehalt dieser Lampen ist ebenfalls ein ernstes Problem. Eine einzelne 1500-Watt-Lampe kann bis zu 1000 mg Quecksilber enthalten. Hohe Kosten und niedrige Lebensdauer haben sie davon abgehalten, beliebte kommunale Lichtquellen zu werden, obwohl sie einen deutlich verbesserten CRI um 85 haben.

Hochdruck-Natriumdampflampen (HPS)

HPS-Lampen wurden um 1970 eingeführt und sind eine der beliebtesten Straßenbeleuchtungsoptionen, die im Vergleich zu Quecksilberdampf- und Metallhalogenidlampen (im Lumen/Watt-Maßstab) die effizienteste Lichtquelle ist. Der Nachteil ist, dass sie ein Licht mit schmalem Spektrum erzeugen, das meist eine kränklich gelbe Farbe hat. Diese Lichter haben einen sehr niedrigen Farbwiedergabeindex und reproduzieren Farben nicht originalgetreu. Diese Lichter finden bei den Polizeibehörden keinen Anklang, da es im Falle eines Verbrechens schwierig ist, die Farbe von Kleidung und Fahrzeugen von Verdächtigen anhand von Augenzeugenberichten zu bestimmen. Farbkorrigierte Natriumdampflampen sind benutzt, sind aber teuer. Diese „farbkorrigierten“ HPS-Lampen haben eine geringere Lebensdauer und sind weniger effizient.

Es gibt zwei Arten von Straßenlaternen mit Natriumdampf: Hochdruck (HPS) und Niederdruck (LPS). Von den beiden ist HPS der am häufigsten verwendete Typ. Natriumdampf mit niedrigem Druck ist noch effizienter als HPS, erzeugt jedoch nur eine einzige Wellenlänge von gelbem Licht, was zu einem Farbwiedergabeindex von Null führt, was bedeutet, dass Farben nicht unterschieden werden können. LPS-Lampenröhren sind auch mit einer weniger intensiven Lichtleistung erheblich länger als HPS-Röhren. Daher eignen sie sich für Anwendungen mit geringer Montagehöhe, z. B. unter Brückendecks und in Tunneln, bei denen die eingeschränkte Lichtsteuerung weniger belastend und blendend ist Eine intensive HPS-Lampe könnte unangenehm sein.

Ein weiteres Problem von HPS-Leuchten besteht darin, dass sie 1 bis 22 mg Quecksilber für eine 100-Watt-Glühbirne mit durchschnittlich 16 mg pro Glühbirne enthalten. Sie enthalten auch Blei. Eine unsichere Entsorgung dieser Glühbirnen kann dazu führen, dass Menschen und wild-lebende Tiere Quecksilber-kontaminiertem Wasser und Lebensmitteln ausgesetzt werden. Probleme mit der Quecksilberkontamination und der Präferenz der Kunden für Vollspektrumlicht haben den Austausch dieser Leuchten vor allem in Bereichen wie selbstverwalteten Wohnkomplexen vorangetrieben, in denen die Menschen direkt für die Lichtqualität bezahlen können.

Leuchtstofflampen

Die Leuchtstofflampe wurde erstmals in den späten 1930er Jahren üblich. Diese Lampen sind eine Art Entladungslampe, bei der ein kleiner Strom das Gas in der Röhre zum Glühen bringt. Das typische Leuchten ist im ultravioletten Bereich stark, im sichtbaren Licht jedoch schwach. Die Glashülle ist jedoch mit einer Mischung von Leuchtstoffen beschichtet, die durch ultraviolettes Licht angeregt werden und sichtbares Licht emittieren. Leuchtstofflampen sind viel effizienter als Glühlampen, aber weniger effizient als Hochdrucknatrium.

Das Hauptproblem bei Standard-Leuchtstofflampen für die Straßenbeleuchtung besteht darin, dass sie groß sind und ein diffuses ungerichtetes Licht erzeugen. Sie sind auch anfällig für Niederspannungsausfälle, neigen zum Brechen von Glasteilen und enthalten schädliches Quecksilber. Daher mussten die Leuchten groß sein und konnten nicht mehr als 20 bis 30 Fuß über dem Bürgersteig montiert werden, wenn sie ein akzeptables Lichtniveau erzeugen sollten. Leuchtstofflampen gerieten für die Beleuchtung der Hauptstraße schnell in Ungnade, blieben jedoch für die Beleuchtung von Parkplätzen und Illumination der Außengebäuden für Einrichtungen am Straßenrand sehr beliebt.

Kompaktleuchtstofflampe

Kompaktleuchtstofflampen (CFL) wurden häufiger verwendet, da die Qualität dieser Lampen durch die Zeit verbessert wurde. Diese Lampen wurden auf städtischen Gehwegen und als Straßenbeleuchtungen verwendet, obwohl sie zu diesem Zeitpunkt noch selten sind. Die Zuverlässigkeit muss noch verbessert werden. Einige Probleme mit ihnen sind eine begrenzte Lichtleistung, ein hoher Wärmestau im in sich geschlossenen Vorschaltgerät, eine geringe Lebensdauer/ein geringer Burnout aufgrund des häufigen Ein- und Ausschaltens der Lampe und das Problem, bei dem die meisten fluoreszierenden Quellen dunkler werden wo die meisten fluoreszierenden Quellen bei kaltem Wetter schwächer werden (oder überhaupt nicht starten). Sie enthalten auch schädliches Quecksilber. Die CFL-Effizienz ist hoch und der CRI ist um 85 ausgezeichnet. CFL erzeugt eine Farbtemperatur um 3000 K, wobei das Licht bei dieser Farbtemperatur „weichweiß“ ist. Höhere Farbtemperaturen sind auch verfügbar.

Induktionslichter

Induktionsbasierte Leuchten sind relativ neu auf dem Markt. Induktionslampen verwenden Hochfrequenz oder Mikrowellen, um induzierte elektrische Felder zu erzeugen, die wiederum Gase anregen, um Licht zu erzeugen. Induktionslichter haben einen schnellen Start und arbeiten mit minimaler Aufwärmzeit mit maximaler Effizienz, ähnlich wie die LED-Technologie. Diese Technologie hat einige Vorteile gegenüber der HPS-Technologie in den Bereichen Effizienz und Lebenszyklus. Die anfänglichen Kostenbarrieren und die sich schnell entwickelnde Natur der LED-Technologie haben jedoch zu einer begrenzten Akzeptanz von Straßenbeleuchtungssystemen auf Induktionsbasis geführt. Eine weitere Einschränkung der Induktionsbeleuchtung besteht darin, dass sie im Vergleich zu LEDs eine begrenzte Richtwirkung hat. Die Lebensdauer des Induktionslichts wird durch Wärme negativ beeinflusst und sie enthalten auch Blei.

LED-Lichter

Leuchtdioden entwickeln sich schnell in Bezug auf Lichtleistung, Farbwiedergabe, Effizienz und Zuverlässigkeit.

Ein großes wartungsfreies Wärmemanagement in einer oft feindlichen Umgebung bei gleichzeitiger Wettbewerbsfähigkeit des Produkts ist die größte Herausforderung, die nur wenigen Herstellern gelungen ist. Diese neuesten hochwertigen LED-Technologien übertreffen bereits alle anderen verfügbaren Technologien um alle technischen Parameter. Aufgrund der zahlreichen Vorteile machen sich noch höhere Anschaffungskosten aufgrund der stark reduzierten Strom- und Wartungskosten schnell bezahlt. Um jedoch die herausragenden Vorteile voll ausschöpfen zu können, ist es wichtig, den Unterschied zwischen qualitativ minderwertigen und modernsten LED-Technologien zu erkennen, da sich LED-Alternativen von geringer Qualität schnell auf der ganzen Welt verbreitet haben.

Unterschied zwischen LED-Straßenlaternen von niedriger und hoher Qualität

Die LED-Technologie hat sich in den letzten Jahren dramatisch entwickelt. Die Herstellung von LED-Leuchte ist ein äußerst schwieriger Prozess, der eine Kombination aus fortschrittlichen Produktionslinien, hochwertigen Materialien und hochpräzisen Herstellungsprozessen erfordert.

Nicht viele Unternehmen auf der Welt erfüllen die qualitativen Standards bei der Herstellung von LED-Lampen. Da die LED-Technologie zunimmt, gibt es viele unerfahrene Hersteller von LED-Straßenlaternen mit sehr schlechter Qualität auf dem Markt.

LED-Straßenlaternen von schlechter Qualität können schlechter sein als andere Arten von Energiesparlampen auf dem Markt, während hochwertige LED-Straßenlaternen in allen technischen Parametern andere Arten von Straßenlaternen übertreffen.

Derzeit gibt es weltweit weniger als 100 erfahrene Hersteller von LED-Straßenlaternen, von denen weniger als 10 in der Lage sind, hochwertige LED-Straßenlaternen mit höchsten Qualitätsstandards herzustellen. Diese Hersteller nutzen die Vorteile der LED-Technologie optimal aus.

Allgemeine Vorteile hochwertiger LED-Straßenlaternen

Die unten aufgeführten Vorteile der LED-Straßenbeleuchtung beziehen sich nur auf die neuesten, hochwertigen LED-Straßenlaternen:

Geringerer Energieverbrauch

LED-Straßenlaternen verbrauchen 40-80% weniger Strom und haben mindestens die fünffache Lebenserwartung als normale Hochdruck-Natriumdampflampen (HPS). LED-Lampen sind siebenmal energieeffizienter als Glühlampen und doppelt so effizient wie Leuchtstofflampen.

Höhere Effizienz und geringe Lichtverschmutzung durch gerichtetes Licht

LED-Straßenlaternen mit geringerer Lichtleistung können herkömmliche Lampen mit höherer Lichtleistung ersetzen. Beispielsweise kann eine 30-W-LED-Straßenlaterne häufig eine 80-W-Natriumdampf-Hochdrucklampe ersetzen. Der Grund dafür ist die Direktionalität. LED-Straßenlaternen sind sehr gerichtet und die Lichtleistung ist viel höher als bei anderen Straßenlaternen. Es gibt auch wenig oder keinen Hotspot unter der LED-Lampe. Das von der LED-Lampe abgegebene Licht wird nach unten gerichtet und über den gesamten Bereich verteilt, den es abdeckt. Dies bedeutet, dass eine geringere Lichtmenge benötigt wird, um den Bereich richtig zu beleuchten. Dies reduziert auch die Lichtverschmutzung, die die Stimmung des Menschen, die Navigation bei Vögeln und Insekten, das Paarungsverhalten bei Tieren und die Blüte bei Pflanzen beeinflusst, drastisch.

Lange Lebensdauer – bis zu 100.000 Stunden

LED-Straßenlaternen halten viel länger als herkömmliche Lampen (3 bis 8 Mal länger). Dies führt zu geringeren Kosten beim Ersetzen der Leuchten selbst, aber auch die Arbeit zum Ersetzen der Lampe ist seltener erforderlich. Dies bietet eine große Kostenersparnis für sich.

Auch der Helligkeitsverlust oder die Lumenabnahme ist über die Lebensdauer einer LED-Lampe langsamer als der einer Natrium- oder anderen Lampe. Die LED hat also nicht nur eine längere Lebensdauer als die herkömmliche Lampe, sondern bleibt auch länger heller als andere Lampen. Die lange Lebensdauer reduziert die Wartungskosten und macht diese Lampen besonders für schwer zugängliche Orte und für Straßenlaternen geeignet, bei denen die Wartungskosten erheblich sein können.

Hervorragende Betriebseigenschaften

LED arbeiten bei niedrigeren Temperaturen, reagieren nicht empfindlich auf niedrige Temperaturen und werden durch Ein- und Ausschalten nicht beeinflusst. Dies macht sie sicherer, effizienter in kalten Umgebungen (Außen-, Kühlschrank- und Kühlraumleuchten) und besser für Anwendungen, die häufiges Ein- und Ausschalten der Beleuchtung erfordern. Diese Lampen sind stoß- und vibrationsfest und daher die beste Wahl für Orte wie Brücken.

Reduzierung des CO2-Fußabdrucks

Der CO2-Fußabdruck von LED-Straßenlaternen ist aufgrund des geringeren Energieverbrauchs geringer als bei anderen Lampen. Darüber hinaus halten LEDs 4 bis 10 Mal länger als alle anderen Lampen, was den CO2-Fußabdruck der Herstellung über die gesamte Lebensdauer weiter verringert.

Dunkler Himmel freundlich

Aufgrund des gerichteten Lichts wird das Licht sorgfältig genau dort verteilt, wo es hingehört, und daher gibt es kein oder wenig Licht, das durch die Beleuchtung des Nachthimmels verschwendet wird. Dies ist ein beträchtliches Plus, insbesondere wenn die lokale Gemeinschaft eine Darksky-Initiative eingeführt hat.

Natürliches Farbspektrum – Farbwiedergabeindex

LED-Straßenlaternen mit einer Farbtemperatur von 3.500 bis 4.200 K geben mehr natürliches Licht ab als das Gelb von Natriumdampflampen oder das Grün von fluoreszierenden Straßenlaternen. Auch wird von den LED-Straßenlaternen keine UV- oder IR-Strahlung abgegeben. Der Farbwiedergabeindex (CRI) ist hoch (80-90) und zeigt die natürlichen Farben der beleuchteten Objekte an.

Frei von Schadstoffen und weniger Umweltbelastung bei Verbrauch

LED-Leuchten enthalten keine schädlichen Substanzen wie Quecksilber, Blei oder andere gefährliche Chemikalien und Gase. Verbrauchte LED-Lampen können ohne besondere Handhabungs- oder Entsorgungsanforderungen weggeworfen werden, da sie recycelbar und umweltfreundlich sind. Andere Leuchten enthalten häufig gefährliche Materialien wie Blei und Quecksilber, die spezielle Handhabungs- und Abfallentsorgungsverfahren erfordern, die wiederum sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Kosten verursachen.

Leicht regulierbar

Das Licht ist mit intelligenten Systemen leicht zu regulieren. Das Licht kann sofort ein- und ausgeschaltet und für zusätzliche Energieeinsparungen im Morgen- und Abendlicht sowie bei wenig Verkehr gedimmt werden. Das Ein- und Ausschalten und Dimmen haben keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Leuchte wie bei CFL-Leuchten.