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Energie-Effizienz und EMV in der Straßenbeleuchtung

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Wie effizient kann Straßenbeleuchtung sein?

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  • 1. Energie-Effizienz und EMV in der Straßenbeleuchtung
    Stefan Fassbinder
    Deutsches Kupferinstitut
    Am Bonneshof 5
    D-40474 Düsseldorf
    Tel.: +49 211 4796-323
    Fax: +49 211 4796-310
    sfassbinder@kupferinstitut.de
    stf@eurocopper.org
    www.kupferinstitut.de
  • 2. Das Deutsche Kupferinstitut,die Auskunfts- und Beratungsstelle fürdie Anwendung von Kupfer und seinen Legierungen, informiert und berät:
    Mittels
  • Es gibt grundsätzlich zwei Arten, Licht zu erzeugen:
    Die »Holzhammer-Methode«– etwas so sehr erwärmen, dass es hell glüht:
    Warmstrahler
    Die »wissenschaftlichen« Methoden – Elektronen anderweitig anregen:
    Kaltstrahler
  • 16. Der Wirkungsgrad energietechnischer An-lagen wird gewöhnlich in Prozent angegeben.
    Nur beim Licht klappt das nicht.Die Effizienz einer Lichtquelle misst man inLumen pro Watt.
    Theoretisch hat die effizienteste Lichtquelle einen Wirkungsgrad von 683 lm/W. Doch dies bezieht sich auf monochromatisches Licht von 555 nm Wellenlänge. Solches Licht will aber niemand haben (außer vielleicht an der Ampel).
    Bei rein weißem Licht entsprächen 199 lm/W einem Energie-Wirkungsgrad von 100%.
  • 17. Sprachliche Vielfalt
    Der E-Techniker unterscheidet Leuchtstofflampen und Entladungslampen.
    Warum das? Der Biologe unterteilt seine Welt doch auch nicht z. B. in Pferde und Huftiere!
    Na ja, manche Techniker unterscheiden ja auch zwischen Eisen und Metall.
    Andere zwischen Halogenlampen und Glühlampen.
    Merke: Die Leuchtstofflampe stellt nur einen Sonderfall der Entladungslampe dar.
  • 18.
    • In Deutschland werden11% der Strom-Erzeugungzur Beleuchtung eingesetzt.
    • 19. In der EU sind es 14%.
    • 20. Weltweit sind es 19% (Osram).
    Davon entfallen aber 95% auf die Nutzungsphase! Herstellung, Handel, Transport und Entsorgung sind also vergleichsweise unbedeutend.
  • 21. In der EU wird 80% allen Lichts in der Öffentlichkeit und im Gewerbe erzeugt.
    Nur 20% entfallen auf Wohnräume.
    Straßenbeleuchtung macht nur 5% aus, aber auch das sind für Deutschland immerhin 25 TWh/a.
  • 22. Dazubenötigt man Vorschaltgeräte. Warum?
    Weil man sonst Lampen entweder gar nicht zum Leuchten bringt, oder es knallt!
  • 23.
  • 24. Zwei Prinzipien stehen zur Verfügung:
    1. Induktives (magnetisches) Vorschaltgerät
    …entweder als billigstes konventionelles Vorschaltgerät (KVG) oder verbessertes Verlust-minimiertes Vorschaltgerät (VVG)
  • 25. Zwei Prinzipien stehen zur Verfügung:
    2. Elektronisches Vorschaltgerät (EVG)
  • 26. Beim induktiven Vorschalt-gerät benötigt man außerdem:
    • Einen Starter oder ein Zündgerät,
    • 27. Einen Kompensations-Kondensator.
    Dabei bietet der Kondensator wenig Anlass zu kontroversen Debatten…
  • 28. …aber beim Starter gibt es wieder zwei Alternativen:
    Die herkömmlichen, weit verbreiteten Glimmstarter…
  • 29. …und die noch immer viel zu wenig bekannten elektronischen Starter
  • 30. Dabei arbeiten die Zündgeräte für Entladungslampen selbstverständlich immer elektronisch!
    »Glimmzündgeräte« gibt es nicht
  • 31. Die drei Fragezeichen der Vorschaltgeräte:
    Wirkungsgrad
    EMV
    Blindleistung
    • EVG-Systeme haben meist sehr gute Gesamt-Wirkungsgrade
    • 32. VVG-Systeme haben gute Wirkungsgrade, wenn man die Betriebs-Bedingungen beachtet!
    • 33. VVG verursachenleichte Ober-schwingungen
    • 34. VVG sind anfällig gegen Spannungs-schwankungen
    • 35. EVG sind emp-findlichgegen Transienten
    • 36. EVG senden HF-Störungenaus
    • 37. VVG verursachen viel Grund-schwingungs-Blindleistung, doch deren Kompensation ist kein Kunststück
    • 38. EVG verursachen mehr oder weniger Verzerrungs-Blindleistung
  • Sind sie EMV-gerecht?
    Die hohe Induktivität induktiver Vorschaltgeräte unterdrückt Strom-Oberschwingungen theoretisch…
    …und praktisch
  • 39. Und was tun Kompakt-Sparlampenund was taten die ersten EVG dem Netz an?
    Kompakt-Sparlampen, EVG bis 25 W und uralte EVG tun es so
  • 40. Belastung des Neutralleiters
    Kompaktlampe / altes EVG:
    induktives Vorschaltgerät:
  • 41. Und was macht man bei EVG über 25 W?Elektronische Leistungsfaktor-Korrektur einbauen
  • 42. Wirksamkeit der Korrektur (nach EN 61000-3-2)
  • 43. Aber das ehemals ausreichende TN-C-System wird modernen Anforderungen nicht mehr gerecht
    L1L2L3PEN
  • 44. Dies hat eine Reihe unliebsamer Auswirkungen
    ob nun allgegenwärtige…
    1. Verformung der Spannungskurven
    2. Immens hohe Einschaltstromspitzen
    3. Abweichende Anzeigewerte verschiedener Messmittel
    4. Höhere Belastung der Leiter
    5. Belastung des Neutralleiters
    6.Überhitzung und HochlaufproblemebeiDrehfeldmotoren
    7.»Zusätzliche Zusatzverluste« in Transformatoren
    8. Rückwirkungen von Generatoren auf das Netz
    9. Einfluss auf Kondensatoren, Netzrückwirkungen
    10. Schutzleiterströme -> RCD-Fehlauslösungen
    …oder solche, die nur im NS-Netz nach dem TN-C-System entstehen…
    11.Betriebsströme im PA: Magnetische Streufelder
    12.Betriebsströme in der EDV: Datenfluss gehemmt
    13.Betriebsströme im Erder: Korrosionsschäden
    14.Blitzströme in Geräten und Betriebsmitteln
    …oder »Fernwirkungen« bis ins MS-Netz
    15. Gefährliche Berührungsspannungen
  • 45. ?
    ?
    Heutige Lasten, zusammen mit informationstechnischen Anlagen, erfordern ein TN-S-System
    Dabei ist es der Physik egal, mit welcher Farbe das Stückchen Verbindungsleitung markiert ist
    L1L2L3NPE
    ?
  • 46. Noch ein Knausernetz:Das TT-System…
    …ist in dicht bebauten Gebieten reine Illusion…
    …und mutiert schnell zum brisanten »TNT-System!«
    L1L2L3N
    Lager-raum
    z. B. für Tri-Nitro-Toluol
  • 47. Und wie steht's um den Wirkungsgrad?
    Normender EU-Kommission
  • 48. Alte EU-Verordnung 2000/55/EG:
    Zielsetzung Entwurf April 2000:
    Das Fernziel dieser Verordnung ist eine Ablösung der verlustreichen induktiven Vorschaltgeräte durch die verlustärmeren elektronischen, die zusätzlich umfangreiche Sparmöglichkeiten wie Dimmung bieten können.
    Zielsetzung der endgültigen Verordnung September 2000:
    Mit dieser Richtlinie soll der Energieverbrauch … gesenkt werden, und zwar durch einen schrittweisen Übergang von den weniger effizienten zu den effizienteren Vorschaltgeräten, die außerdem weit reichende Energiesparfunktionen aufweisen können.
  • 49. Was die EU-Kommission bis dahin noch nicht wissen konnte:
    Verbesserungenderzweiten Art
    Mess-werte bei voller und redu-zierterVer-sorgungs-spannung

  • 50. Somit können VVG einen besseren Wirkungsgrad erreichen als EVG!
  • 51. Dieser Effekt wird vielfachausgenutzt – Synergien ergeben sich
    www.dial.demisst alle Lampen
    www.palmstep.comzahlt Messungen an Leuchtstofflampen
    www.ruhstrat.dezahlt Messungen an Entladungslampen
    www.stilaenergy.dezahlt Provisionen für Kundenvermittlung
  • 52. TheoriederaltenVerordnung:
    58 W = 50 W? 67 W = 55 W?
    PraxisderaltenVer-ordnung:
    è
  • 53. Praxis deraltenVerordnung:
    PVVG
    PEVG
    ΔP≈ 2,5 W
    ΔΦ ≈ 4%
    ΦVVG = ΦEVG
    230V
  • 54. LeideristesbeiEntladungslampenumgekehrt:
    Man spart weniger Energie als man an Licht verliert
    www.schuch.de
  • 55. Neue Verordnung 245/2009(Umsetzungsrichtlinie 2005/32/EG):
    • Getrennte Bewertung von Lampe und Vorschalt-gerät (endlich auch Mindest-Wirkungsgrade für Lampen!)
    • 56. Gleiche Grenzwerte für VVG und EVG, jetzt nach Formel berechnet:
    • 57. Gleiche Messverfahren für VVG und EVG
    • 58. Messung bei gleicher Helligkeit
    • 59. Grenzwerte für Leerlauf-Verbrauch bei dimmbaren EVG
  • Tabelle der neuen Klassen
  • 60. Tabellen der neuen Klassen:
    Wirkungsgrade von Entladungslampen
  • 61. Tabelle der neuen Klassen
    Wirkungsgrade für Vorschaltgeräte:
    Keine Klassen,
    Effizienz-Anforderungen erst ab Stufe 2 (2012)
  • 62. AktuelleWerbungderMarktführer
    Also alles im grünen Bereich.
    Doch warum soll das nur ein EVG schaffen? Die neuen Grenzwerte gelten für alle Vorschaltgeräte gleichermaßen!
    Zudem wird hier wieder einmal schief gerechnet:
  • 63. Diese Art der Argumentation funktioniert also ungefähr so:
    »Ein VW verbraucht mehr als ein Opel!«
    »Ein Opel fährt schneller als ein VW!«
    1966: 115 km/h, 8,0 l/100 km 2006: 163 km/h, 4,8 l/100 km
  • 64. Eine Messung zeigt dagegen:
    Die Leistungsaufnahme ist ähnlich…
  • 65. …der Oberschwingungsgehalt auch.
    Nur bleibt beim EVG die Leistung konstant.
  • 66. Wirfassen dies zusammen
    EMV:
    Der Oberschwingungs-Gehalt im Netzstrom ist beim EVG höher, aber unbedeutend. Steigt in beiden Fällen mit der Betriebs-spannung, bleibt aber unbedeutend.
    Effizienz:
    Hersteller des EVG verspricht 12 W Einsparung gegenüber KVG.Gemessen werden 3,5 W Einsparung.
  • 67. Und warumgreiftderHerstellerhiereine70-W-Lampe alsBeispielheraus?
    Weil bei 400 W der Unterschied geringer ist! Folglich bietet er hier gar keine EVG an.
    • Osram: EVG verfügbar bis max. 150 W.
    • 68. Philips: Ein Modell mit 250 W.
    Weiteres Argument: Man spart sich das Zündgerät – und braucht statt dessen einen Einschaltstrom-Begrenzer! Toll!
  • 69. Alsowas ist nun mit den größerenModellen?
    Dieses 400-W-KVG muss ab 2012 einen Wirkungsgrad von mindestens 85% haben…
    …ab 2017 sogar 90%!
    Und heute hat es…
  • 70. Sämtliche veröffentlichten Fallstudien lesen sich dagegen so wie z. B. diese:
    www.smartlux.de
  • 71. Zu allem Überfluss wird in diesem Fall eine Lösung mit mehreren Kilogramm Elektroblech (z. B. von ThyssenKrupp) durch eine Lösungganz ohne Elektroblech (also auch nicht von ThyssenKrupp) ersetzt!Herzlichen Glückwunsch zu dieser gelungenen PR-Maßnahme!
    Einsparung 56%

    }
    Einsparung 12%
  • 72. Haken bei allen Entladungslampen:
    Was lange währt, wird endlich Licht –
    z. B. bei einer Na-Dampflampe 400 W
  • 73. Die Herstellerder EVG gebenmeistLebensdauerwerte an:30.000 h, 40.000 h, in Extremfällensogar 80.000 h…
    Bei KVG / VVG ist das nicht üblich.
    Die bleiben einfach so lange im Einsatz, bis die ganze Anlage wieder abgebaut wird (nach 30 bis 40 Jahren)!
  • 74. Doch oh Schreck:
    • Leuchtstofflampen, Entladungslampen und ihre Vorschaltgeräte verursachen Oberschwingungen!
    • 75. Leuchtstofflampen und Entladungslampen verbreiten Elektrosmog!
    • 76. Leuchtstofflampen und Entladungslampen enthalten Quecksilber!
    www.buergerwelle-schweiz.orghat diese Skandale herausgefunden!
  • 77. Nun mal der Reihe nach.Quecksilber:
    Etwa 1…4 mg je Lampe werden genannt.
    Die Bürgerwelle Schweiz rechnet als Folge des generellen Verbots von Glühlampen jährlich mit 600 kg zusätzlichem Bedarf.
    Wenn diese Menge Quecksilber sich schlimmstenfalls gleichmäßig auf Europas Böden verteilt, kommen doch glatt einige hundert Milligramm auf jeden Quadratkilometer!
    Während die Erdkruste (d. h. bis 16 km Tiefe) von Natur aus schon 0,4 ppm Quecksilber enthält.
  • 78. Nun mal der Reihe nach.Quecksilber:
    Damit enthält 1 m³ Erdreich gut 1 g Quecksilber.
    Der natürliche Gehalt des obersten Meters Boden entspricht also mindestens 300 Leuchtstoff-lampen auf jedem Quadratmeter Europas.
    Dazu müsste jeder europäische Haushalt10 bis 20 Millionen KLL wegwerfen!
    http://de.wikipedia.org/wiki/Erdkrustewww.periodensystem.info/elemente/quecksilber
  • 79. Nun mal der Reihe nach.Quecksilber:
    Oder anders ausgedrückt:
    • Eine KLL wiegt etwa 100 g und enthält höchstens 4 mg Quecksilber, also 40 ppm.
    • 80. Wenn die Mülltonne also neben 10 kg Müll eine Lampe enthält, entspricht der »Eintrag« dem natürlichen Quecksilber-Gehalt des Bodens.
    Während doch fast jeder von uns rund 1000 Straßenlampen im Mund hat.
    Es kommt eben darauf an, wie viel davon »bioverfügbar« ist.
  • 81. Ach du Schreck!Und nun auch das noch!
    Wo bleibt denn da die Lust am Untergang des Abendlandes?
  • 82. LED – das Licht von morgen
    Oder nicht?
    Wahrscheinlich eher doch,
    aber auch keineWunderlampe.
    NichtLabormustermit Straßen-lampenverwechseln!
  • 83. Bilanz
    Natrium-Niederdruckdampflampe 135 W mit verlustarmem Vorschaltgerät 141,5 lm/W
    T5-Leuchtstofflampe »HE« 35 W (bei 35°C) mit EVG Kl. A2 (optimaler Betrieb) 93,6 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 58 W mit VVG Kl. B1 bei 190 V (außerhalb der Spezifikation) 89,1 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 58 W mit EVG Kl. A3 86,1 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 58 W mit VVG Kl. B1 bei 222 V (Helligkeit wie mit EVG) 82,4 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 58 W mit VVG Kl. B1 bei 230 V 80,6 lm/W
    LED-Straßenleuchten ≈ 80,0 lm/W
    T5-Leuchtstofflampe »HO« 80 W (bei 35°C) mit EVG Kl. A2 (optimaler Betrieb) 79,5 lm/W
    T5-Leuchtstofflampe »HE« 35 W (bei 25°C) mit EVG Kl. A3 (nicht optimal) 78,6 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 58 W mit KVG Kl. D für 220 V gemessen bei 230 V 71,7 lm/W
    T5-Leuchtstofflampe »HO« 80 W (bei 25°C) mit EVG Kl. A3 (nicht optimal) 66,8 lm/W
    2 T8-Leuchtstofflampen 2*18 W Tandem mit VVG Kl. B1 bei 230 V 66,5 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 18 W mit EVG Kl. A2 66,1 lm/W
    T8-Leuchtstofflampe 18 W mit VVG Kl. B1 bei 230 V 51,5 lm/W
    Mehr: http://leonardo-web.org/de/licht