Anwendungsbeispiel für effiziente Straßenbeleuchtung aus der Praxis.

Anwendungsbeispiel für effiziente Straßenbeleuchtung aus der Praxis.General Electric

Straßenlaternen und weitere Beleuchtungen von öffentlichen Wegen und Plätzen sind rund 4000 Stunden pro Jahr im Betrieb. Der Anteil solcher Systeme an den gesamten kommunalen Energiekosten ist damit immens hoch. Gleichzeitig sieht sich die öffentliche Hand mit permanent  steigenden Energiekosten konfrontiert, was zu einer zunehmenden Belastung für die Steuerzahler führt.

Auf einen Blick

Ein kompletter Austausch der Straßenbeleuchtung ist eine weitreichende Entscheidung und benötigt kostenintensive Investitionen. Aber auch auf anderem Wege lässt sich das Ziel erreichen, Energie einzusparen und effizient zu nutzen: Das Gradilux-Modul sorgt für eine Stabilisierung der Versorgungsspannung und passt durch Dimmung die Beleuchtungsstärke dem Verkehrsaufkommen an.

Hierzu ein konkretes Beispiel. Nimmt man an, eine Stadt mit 25.000 Einwohnern verfügt über durchschnittlich einen Lichtpunkt pro sieben Einwohner, dann würde zur Beleuchtung der öffentlichen Straßen, Wege, Plätze und Anlagen insgesamt 3600 Lichtpunkte benötigt. Geht man weiterhin davon aus, dass diese Lichtpunkte mit Natriumdampf-Hochdrucklampen mit einer Leistung von je 150 W ausgestattet sind, so würde sich eine installierte Leistung von 540 kW ergeben. Sind die Beleuchtungsanlagen (oder Lichtpunkte) durchschnittlich zirka 4000 Stunden im Jahr am Laufen, ergäbe sich bei deren Betrieb mit 230 V ein jährlicher Verbrauch von 2613 MWh. Dies entspricht einer Emissionsbelastung von 784 Megatonnen pro Jahr.

Intelligentes Beleuchten

Gelänge es indes, die Energieeffizienz der hier beschriebenen Lichtpunkte zu steigern, würde dies gleichzeitig zu spürbaren Kosteneinsparungen führen. Dies ist allerdings leichter gesagt als getan, denn schon allein bei den bislang in jeder Kommune eingesetzten Lampentypen für öffentliche Beleuchtungen besteht eine relativ hohe Varianz.

Interessante Lichtspiele durch intelligente Beleuchtung.

Interessante Lichtspiele durch intelligente Beleuchtung.General Electric

So kommen nicht nur die bereits beschriebenen Natriumdampf-Hochdrucklampen zum Einsatz, sondern mitunter auch Natriumniederdruck-, Metallhalogen-, Quecksilberdampf- und Leuchtstofflampen, die in Innenbereichen installiert sind. Natriumdampf-Hochdrucklampen werden hierbei mit einem Anteil von rund 80 Prozent am häufigsten im Außenbereich eingesetzt. Die älteste Technologie in diesem Bereich ist die Metallhalogenlampe, während die Natriumniederdrucklampe aufgrund ihrer als unangenehm empfundenen gelben Lichtfarbe wohl eher ein Auslaufmodell darstellt. Der Einsatz der Quecksilberdampflampe wird hingegen ab 2015 verboten sein. Der Austausch dieser Lampen durch energieeffizientere Technologien, zum Beispiel LED-Technik, würde, ganz abgesehen von der Planung, einen großen Installationsaufwand bedeuten.

Bild 1: Der Dimmer-Spannungsstabilisator Gradilux von GE wurde erstmals auf der Light & Building einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt.

Bild 1: Der Dimmer-Spannungsstabilisator Gradilux von GE wurde erstmals auf der Light & Building einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt.General Electric

Außerdem wäre im Vorfeld eines solchen Austausches zu klären, welche LED-Technologie sich zur Beleuchtung bestimmter Bereiche wie Straßen, Wege, Plätze, Parkanlagen oder Parkplätze eignet. Probleme, die sich nach Auffassung von GE Energy jedoch mit dem Dimmer-Spannungsstabilisator Gradilux (Bild 1) eleganter und effizienter lösen lassen. Hintergrund dieser von GE entwickelten Technologie ist, dass Beleuchtungsanlagen während der Nachtstunden erheblichen Spannungsschwankungen unterworfen sind und sich daher nicht nur der Energieverbrauch erhöht sondern auch die Lebensdauer der Lampen senkt. Diese Spannungsschwankungen können bis zu 10 Prozent betragen und den Energieverbrauch bis zu 21 Prozent erhöhen. Hinzu kommt, dass die Stärke der Beleuchtung selten an den Gegebenheiten der Umgebung, etwa den Fahrzeugverkehr oder den Passanten auf öffentlichen Straßen, angepasst wird, selbst wenn nach Mitternacht häufig nicht mehr die Notwendigkeit für eine Beleuchtung mit voller Leistung besteht.

Wo Dimmer und Stabilisator sich treffen

Tabelle 1: Übersicht über die Sparspannungen verschiedenster Leuchtmittel, die in öffentlichen Beleuchtungsanlagen eingesetzt werden.

Tabelle 1: Übersicht über die Sparspannungen verschiedenster Leuchtmittel, die in öffentlichen Beleuchtungsanlagen eingesetzt werden.General Electric

Die Lösung von GE besteht darin, die Stromversorgung der Beleuchtungen durch eine korrekte Versorgungsspannung zu stabilisieren (Tabelle 1) und gleichzeitig deren Beleuchtungsstärke durch Dimmen nach Mitternacht an den Fahrzeugverkehr und das Fußgängeraufkommen anzupassen. Durch eine Stabilisierung der Spannung besteht für die Kommunen bereits die Möglichkeit, die bisherigen Energiekosten um rund 20 Prozent zu reduzieren. Durch eine Kombination aus Spannungsstabilisator und Dimmen könnten sich diese Kosten sogar um bis zu 40 Prozent reduzieren (Bild 2). Ein weiterer Vorteil von Gradilux besteht darin, dass sich das System durch eine Kombination von Energieeinsparung, Erhöhung der Lampen-Lebensdauer und geringen Wartungskosten schnell amortisiert.

Bild 2: Eine Stabilisierung der Spannung ermöglicht es, die bisherigen Energiekosten um rund 20 Prozent zu reduzieren. Eine Kombination aus Spannungsstabilisator und Dimmer bieter sogar ein Einsparungspotenzial um bis zu 40 Prozent.

Bild 2: Eine Stabilisierung der Spannung ermöglicht es, die bisherigen Energiekosten um rund 20 Prozent zu reduzieren. Eine Kombination aus Spannungsstabilisator und Dimmer bieter sogar ein Einsparungspotenzial um bis zu 40 Prozent.General Electric

Flexibel durch modularen Aufbau

Gradilux ist für Beleuchtungsanlagen von 3,5 bis 45 kVA konzipiert und integriert eine für die direkte sowie kontinuierliche AC/AC-Wandlung ausgelegte Elektronik. Da das System weder über Transformatoren noch Drehteile verfügt, überzeugt es durch geringe Abmessungen und wenig Gewicht. Die hohe Stromdichte vereinfacht zudem den Einbau in Beleuchtungsanlagen. Das modulare Design des Leistungsteils erleichtert den Betrieb und die Wartung des Geräts. So wird jede einzelne Phase von einem unabhängigen Modul geregelt, was eine vollständige Trennung der Phasen ermöglicht. Darüber hinaus lässt sich jedes Modul bei einem Ausfall oder bei Wartungsarbeiten separat ersetzen.

Ein automatischer und optionaler manueller Bypass garantiert den sicheren Betrieb der Beleuchtungsanlage. Er bietet für jede Phase Schutz vor Überlast, hohen Temperaturen und Fehlfunktionen (automatisches Reset). Ist Gradilux mit einem manuellen Bypass ausgestattet, können zusätzlich mögliche Wartungsarbeiten auch bei eingeschalteter Beleuchtungsanlage durchgeführt werden. Weitere Schutzfunktionen liegen in den Varistoren am Ein- und Ausgang, die eine transiente Überlast vermeiden, sowie ein integrierter EMV-Filter in Übereinstimmung mit den EMV-Vorschriften. Optional lässt sich Gradilux außerdem mit einem Überspannungsschutz ausrüsten. Die vollständige Steuerung des Systems mit erweiterter Messgenauigkeit, Datenüberwachung und Parameterkonfiguration erfolgt über ein Display. Eine serielle Modbus-Schnittstelle ermöglicht die einfache Einbindung von Gradilux in bereits vorhandene Gebäudemanagementsysteme. Komplettiert wird die lokale Steuerung durch digitale Ein- und Ausgänge.

Bild 3: Die Lösung von GE Energy lässt sich in bestehende SCADA-Systeme einbinden, wobei die Ethernet-Protokolle TCP/IP und SNMP für den einfachen Web-Zugang unterstützt werden.

Bild 3: Die Lösung von GE Energy lässt sich in bestehende SCADA-Systeme einbinden, wobei die Ethernet-Protokolle TCP/IP und SNMP für den einfachen Web-Zugang unterstützt werden.General Electric

Last, but not least kann das Gradilux-Modul in bestehende SCADA-Systeme eingebunden werden, wobei die Ethernet-Protokolle TCP/IP und SNMP für den einfachen Web-Zugang unterstützt werden (Bild 3). Eine kabellose Kommunikation mit dem Internet ist über ein GPRS-Modem möglich. Das Web-Portal für das Fernmanagement beinhaltet Features für die Fernsteuerung, Konfiguration und Diagnose des Geräteparks. In diesem Zusammenhang kann sich die Schaltzentrale Berichte über die „Gradilux-Gemeinschaft“ (verschiedene Installationen und Städte) anzeigen lassen. Dazu zählt das Visualisieren der einzelnen Geräte auf einer Karte oder in einer Baumstruktur sowie umfangreiche Analyse-Optionen wie täglich, monatlich oder jährlich mit übersichtlicher grafischer Darstellung, beispielsweise zu den Energie- und CO2-Einsparungen.

Zusatzinstallation statt Komplettaustausch

Anstatt die Leuchtmittel von öffentlichen Beleuchtungsanlagen mit hohem Aufwand auszutauschen, lassen sich mit der Installation von Gradilux vergleichsweise einfach und binnen kurzer Zeit erhebliche Einsparungen bei den Energiekosten sowie eine wirksame Reduzierung der Emissionen erzielen.

Tabelle 2: Aufstellung der Energieeinparungskosten mit und ohne Gradilux.

Tabelle 2: Aufstellung der Energieeinparungskosten mit und ohne Gradilux.General Electric

Mit Blick auf das zu Beginn dieses Beitrags genannte Beispiel (Tabelle 2) würde dies konkret bedeuten: Bei einer Stadt mit 25.000 Einwohnern reduziert sich der Stromverbrauch durch den Betrieb der Beleuchtungsanlagen mit Gradilux bei 230 V auf jährlich 1976 MWh (vorher 2613 MWh) und durch Dimmung der Beleuchtung während der Nachtstunden bei 180 V auf 1618 MWh pro Jahr. Dies entspricht einer Gesamtenergieeinsparung von jährlich 38 Prozent. Im gleichen Zeitraum würden die Emissionen von 784 Megatonnen auf 592 Megatonnen (im Betrieb bei 230 V) respektive 485 Megatonnen (Dimmung bei 180 V) gesenkt.