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Wissenswertes über die Beleuchtung bei netzunabhängigen Inselsystemen

Kenngrössen von Lampen

Einheiten welche für die Beleuchtung bei Inselsystemen von Bedeutung:

Die Leistung [W],

gemessen in Watt [W] gibt Auskunft, wie stark die Batterie belastet wird. Die Leistung, geteilt durch die Systemspannung [V] ergibt die Strom, gemessen in  Ampere [A] welcher aus der Batterie fliesst.

Die Leistung von Gleichstromlampen ist so zwischen 0.4W (LED) und 30 W (Energiesparlampen).

Der Lichtstrom [lm],

gemessen in Lumen [lm], sagt aus, wie viel Licht der Beleuchtungskörper abgibt. Die Werte bewegen sich zwischen 8 Lm (LED) und 1500 Lm (Energiesparlampe 30W). 

Eine klassische 100W Glühbirne hat einen Lichtstrom von 1380 lm.  Die 30W Energiesparlampe gibt demnach einiges mehr Licht ab als eine 100W Glühlampe.

Eine Haushaltskerze erzeugt in etwa 13 lm.

Bei einer klassischen 60W Glühbirne ist mit ca. 660 lm zu rechnen.

Lichtausbeute [lm/W]

Dies ist so etwas wie der Wirkungsgrad der Lampe. Es interessiert, wie gross der Lichtstrom im Verhältnis zur Leistung ist. Man rechnet den Lichtstrom geteilt durch die aufgenommene Leistung. [lm/W]

Beispiel einer 1W LED-Lampe:  25 lm / 1 W  

Beispiel einer 30W Energiesparlampe: 1500 lm / 30 W = 50 lm / W

Die Lumentabelle

Wie viel Lumen haben Glühlampen mit einer bestimmten Wattzahl?

Lichtstrom in Lumen	Glühlampe	Halogenlampe	Stromsparlampe	LED-Lampe
230 lm	25W	18W	5W	3W
400 lm	40W	28W	8W	6W
720 lm	60W	42W	11W	8W
930 lm	75W	53W	15W	10W
1400 lm	100W	70W	23W
1500 lm	120W		30W	27W

Beleuchtungsstärke [Lux]

Die Lichtabgabe einer Lampe ist die eine Seite. Die andere Frage ist, ob auf einer bestimmten Fläche auch genügend Licht vorhanden ist da ja die Lampe nicht in alle Richtungen gleich viel Licht abgibt.

Deshalb wird der Lichtstrom pro Fläche ermittelt.

Farbtemperatur [K]

Da mit LED-Beleuchtungskörpern nahezu jede Farbe möglich ist, wird hier oft auch die Farbtemperatur in Kelvin [K] angegeben.

Jeder Körper strahlt elektromagnetische Wellen (Wärme, Licht, ...) ab. Je nachdem, welche Temperatur der Körper hat, sind es Wärmestrahlung, Licht oder UV-Strahlen. Die Glühbirne funktioniert ja auch so, dass ein Wolframfaden mit einem Strom so heiss gemach wird, bis er zu 'glühen' beginnt und so Licht abstrahlt.

Je nachdem welche Temperatur nun der Wolframfaden hat, glüht er nur leicht rötlich oder gibt ein sehr helles, weisses Licht ab.

 Mit der Farbtemperatur wird nun das Licht beschrieben, welches von einem Körper abgeben würde, welcher diese Temperatur hat.

  Anstelle von °C wird die internationale SI-Einheit Kelvin [K] verwendet.

Ein tiefer Wert sagt aus, dass das Licht eher ein rötliches (warmes) Glühen ist, ein hoher Wert gibt an, dass es eher ein grelles, bläuliches (kaltes) Weiss ist.

Da Rot eher als warme Farbe empfunden wird, sagt z.B. die Angabe 'warm-weiss' aus, dass das Licht eher rötlich ist, ähnlich einer Glühbirne. Die Angabe 'weiss' oder 'kalt-weiss' deutet auf ein Licht ähnlich einer Fl-Röhre hin.

Anwendungen

In einer Inselanlage (Batterie ohne Anschluss am öffentlichen Netz) empfiehlt es sich in den meisten Fällen, die Beleuchtung direkt ab der Batterie zu realisieren auch wenn bereits ein Wechselrichter eingesetzt wird. Lampen brauchen relativ wenig Leistung, sind aber oftmals lange eingeschaltet.  Der Wechselrichter muss so über eine längere Zeit nur einen kleinen Strom liefern.

Anstelle dass die Wechselrichter nun um sehr verbrauchsarmen Stand-By-Modus sind, werden sie in einem Arbeitspunkt betrieben, wo der Wirkungsgrad miserabel ist.

Deshalb kann man mit dem Anschliessen der Beleuchtung direkt an der Batterie einen grossen Teil an wertvoller Energie sparen.

Im Prinzip gibt es zwei Varianten, wie die Beleuchtung, welche durch eine Batterie gespiesen wird, ausgelegt werden kann.

Wird das Licht nahe bei der Stromquelle gebraucht, empfiehlt es sich, Beleuchtungskörper zu installieren, welche auf die Batteriespannung abgestimmt sind. Zu diesem Zweck kommen Gleichstromlampen zum Einsatz mit einer Nennspannung von 12V oder 24V. Der grosse Vorteil ist, dass die Energie viel effizienter genutzt werden kann, weil keine Verluste durch den Inverter anfallen.  Auch wenn die Batterielampen einiges teurer sind, lohnt es sich auf die Dauer. 

Damit die Batterie nicht zu tief entladen ist, muss bei den Beleuchtungskörpern auf die untere Betriebsspannung geachtet werden. Damit ist gemeint, dass sich die Lampe ausschaltet wenn die Batteriespannung sich der unteren Entladespannung annähert.  Zum Schutz der Batterie wird in diesem Fall empfohlen, eine elektronische Batterieüberwachung dazwischen zu schalten.  Gerade wenn handelsübliche Halogenleuchten eingesetzt werden, sollte die Batterie unbedingt geschützt werden.

Da handelsübliche Halogenlampen sehr preisgünstig sind, kommt man sofort in Versuchung, diese direkt an die Batterie anzuschliessen. Dies kann man auch tun. Es ist jedoch sehr wichtig, auf den Spannungsbereich der Birnen zu achten. Die Lampen aus vom Detailhändler haben oft einen zu kleinen Spannungsbereich, weil diese ja an einen Trafo oder ein Netzgerät angeschlossen werden. Bei einer 12V Batterie kann die Spannung beim Laden schon mal 14,5V oder mehr werden (je nach Batterie)

Wenn die Batterie weiter entfernt ist, oder wenn bereits ein Wechselrichter installiert wurde und deshalb die preisgünstigeren 230VAC Lampen verwendet werden sollen, kann man die Beleuchtung auch mit einem Wechselstromnetz aufbauen. Der Nachteil ist, dass beim Wechselrichter mehr Verluste entstehen. Dafür sind die Verluste über die Leitungen geringer.

Egal, welchen Weg Sie wählen, wichtig ist, dass die Lampen einen möglichst guten Wirkungsgrad aufweisen. So wird die Batterie nicht unnötig belastet.

Es empfiehlt sich deshalb auch, die Beleuchtung nicht zu überdimensionieren. Nur so viel Licht wie nötig.

Gleichstromlampen

Ob Sie nun Beleuchtungskörper mit 12V oder 24V einsetzen, hängt im Wesentlichen davon ab, welche Spannung Ihr System hat. Wobei rein für die Beleuchtung ein 12V System den Vorteil hat, dass bedeutend mehr Lampen zur Verfügung stehen. Auch wenn meist fast nur 12V Beleuchtungskörper angeboten werden sind 24V Lampen auch erhältlich.

LED-Beleuchtung

Mittlerweile werden auch Birnen mit LED angeboten. Diese habe einen unwahrscheinlich kleinen Stromverbrauch und eine extrem hohe Lebensdauer.  Die LED-Birnen wurden bis anhin überall dort eingesetzt wo nur wenig , dafür oft, Licht benötigt wird. So z.B. in Durchgängen, Treppenhäuser, usw.

Neuerdings sind aber auch schon Lampen für grosse Lichtmengen erhältlich. Beispielsweise bringt die LED-Spot mit 27W bereits eine Lichtmenge von 1500 Lm, was einer 120W Glühbirne entspricht. Die Entwicklung ist hier sicher noch nicht abgeschlossen.

Im Gegensatz zu den Sparlampen entwickeln die LED nach dem Einschalten sofort die volle Leuchtkraft.

Aufgrund des Kühlkörpers sind LED-Birnen mit grösserem Lichtstrom meistens auch geometrisch grösser. Deshalb sollte bei einem Glühbirnenersatz auch immer auf den Durchmesser und die Länge geschaut werden.

LED als Ersatz für Halogenbirnen

LED-Leuchtkörper können auch die bestehenden Halogenbirnen ersetzen. Es werden Leuchtkörper mit den handelsüblichen Stecksystemen angeboten. Erste Produkte finden Sie unter http://www.maurelma.ch/shop/index.php?list=WG190

Was bei LED-Beleuchtung beachtet werden muss

Obwohl LED Lampen dank dem guten Wirkungsgrad niemals so heiss werden wie Glühbirnen oder Halogenlampen, ist unbedingt auf eine gute Luftzirkulation und Wärmeabführung zu achten. Wenn die LED-Birnen zu warm werden, verkürzt sich die Lebensdauer enorm, weil die LED einfach nicht so warm werden dürfen. Wenn sich die Wärme in einer Lampe staut, kann es sein, dass die LED-Birne schneller ersetzt werden muss als eine Glühbirne.

Die LED-Birnen sind grösserer Leistung auch geometrisch einiges grösser als die klassischen Glühbirnen. Dies ist vor allem  wegen dem grossen Kühlkörper der Fall. Eine der grössten Herausforderungen für die Herstellung der LED-Lampen ist das Abführen der Wärme.

Da LED-Birnen nur einen sehr kleinen Strom benötigen, kann es vorkommen, dass diese schwach leuchten oder hin und da blitzen, obwohl die Lampe gar nicht eingeschaltet ist.  Dies kommt oft in Treppenhäusern vor, wenn der Lichtschalter ein kleines Glimmlämpchen hat, damit der Schalter im Dunkeln gefunden wird. Dieses Lämpchen ist über den Schalter in Serie zur Glühbirne geschaltet. Es fliesst also auch im ausgeschalteten Zustand ein kleiner Strom durch die Glühbirne. Bei LED-Birnen führt dies nun zu sonderbarem Verhalten.

Energiesparlampen

Bei den Gleichstrom-Energiesparlampen auf der Basis von Fluoreszenzlampen werden nahezu beliebige Lichtströme erreicht. Die zur Zeit leistungsstärkste Birne ist eine 30W-Birne für 12V.

Bei Beleuchtungskörpern für den Batteriebetrieb ist es sehr wichtig, dass auf den Spannungsbereich geachtet wird. 12V- oder 24V-Lampen, welche im Haushalt eingesetzt werden, erhalten die Speisung ab einem Netzgerät. Dieses hat nicht so grosse Spannungsschwankungen wie die Batterie.

Bei der Ladung (z.B. mit einem Ladegerät) können bei einer 12V-Batterie Spannungen bis zu 15V auftreten. Beleuchtungskörper für eine 12V-Batterie sollten mind. 15VDC vertragen können. Li-Ion-Batterien haben z.T. noch höhere Spannungen.

Der Nachteil der Energiesparlampen ist, dass sie ihre volle Leuchtkraft erst nach einigen Minuten haben. Sie sind deshalb nicht geeignet an Orten, wo das Licht schnell benötigt wird und nur kurze Zeit angeschaltet bleibt.

Leuchtstoffröhren

Es besteht auch die Möglichkeit, Leuchtstoffröhren (auch FL-Lampen oder Neonröhren genannt) direkt von der Batteriespannung zu betreiben. Zu diesem Zweck muss einfach ein auf die Batteriespannung abgestimmtes Vorschaltgerät eingebaut werden. Erhältlich sind Vorschaltgeräte für 12V oder Vorschaltgeräte für 24V Batterienennspannung. Als Leuchtstoffröhren können handelsübliche FL-Leuchten eingesetzt werden. Bei maurelma sind Vorschaltgeräte bis zu einer Leistung von 36W bestellbar.

Vorschaltgeräte sollten nicht eingesetzt werden, wenn das Licht häufig ein- und ausgeschaltet oder nur kurz eingeschaltet wird. Dies reduziert die Lebensdauer der Leuchtmittel erheblich.

LED-Röhren als Ersatz der Fl-Röhren

Die Entwicklung der LED macht auch vor den klassischen Leuchtstoffröhren nicht halt. Es sind mittlerweile auch LED-Röhren erhältlich, mit welchen die Fl-Röhren (früher auch Neonröhren genannt) mühelos ersetzt werden können.

Der alte Beleuchtungskörper inkl. dem Vorschaltgerät bleibt bestehen. Es wird einfach der Starter entfernt und die FL-Röhre durch eine LED-Röhre ersetzt.

Je nach Röhrenlänge kann so 50 bis 75% der Energie eingespart werden. Natürlich ist auch hier die Lebensdauer wesentlich länger als bei den Fl-Röhren. Zudem geben die LED-Röhren gleich nach dem Einschalten die volle Leuchtkraft ab. Im Gegensatz zu den Fl-Röhren geben die LED-Röhren das Licht bereits gegen unten gerichtet ab. Ein Reflektor ist deshalb nicht zwingend notwendig.

Gegenüber der vielen Vorteile der LED-Röhre ist der einzige Nachteil der noch recht hohe Preis. Der Ersatz lohnt sich deshalb finanziell vorallem dort, wo das Licht über eine längere Zeit am Tag (oder in der Nacht) benötigt wird. Ein Wechsel auf LED-Röhren macht auch dort Sinn, wo die volle Leuchtkraft sofort benötigt wird.

Folgendes sollte bei LED-Röhren beachtet werden:

• Wie bei allen anderen LED-Anwendungen ist auf eine gute Luftzirkulation zu achten, damit die LED nicht allzu warm werden. Wärme schadet der Lebensdauer.

• Die Enden der LED-Röhre müssen isoliert ausgeführt sein. Ansonsten kann es beim Wechseln der Röhren zu Stromschlägen führen.

Wechselstromlampen

Wird die Beleuchtung mit einem Wechselrichter betrieben, können ganz normale Lampen verwendet werden, wie sie im Haushalt eingesetzt werden.

Um aber die Batterie zu schonen empfiehlt es sich, nur

Energiesparlampen einzusetzen. Diese benötigen oftmals nur 1/5 des Stromes, welcher für das Licht mit einer Glühlampe verwendet würde. Für kleinere Leistungen gibt es mittlerweile Energiesparbirnen, welche nicht nur in die normale E27 Fassung passen, sondern auch sonst nicht grösser sind als eine klassische Glühbirne.

Mittlerweile sind auch Lampen mit grossem Lichtstrom erhältlich. So gibt z.B. die 50W-Sparlampe gleich viel Licht ab wie eine 250W-Glühbirne.

Wenn man mit der Batterie haushälterisch umgehen muss, wie dies z.B. bei Solaranlagen oder mit Windturbinen meistens der Fall ist, sollte man unbedingt einen Wechselrichter mit gutem Wirkungsgrad auswählen. Empfehlenswert sind hier die Wechselrichter von Studer. Diese haben auch bei kleiner Last, was bei Lampen der Fall sein sollte, einen guten Wirkungsgrad.

Wichtig ist dass Lampen ausgewählt werden, welche möglichst wenig Strom benötigen. Deshalb sollte auf Glühbirnen weitgehenst verzichtet werden.

Anstelle von Sparlampen sind auch mehr und mehr LED-Birnen erhältlich, welche nicht nur eine hohe Lichtausbeute sondern auch noch eine viel längere Lebensdauer aufweisen als die Sparlampen

Sondergeräte für Beleuchtungsanwendungen

Eine Besonderheit für das Betreiben von Standard-Sparlampen oder 230V-LED-Lampen ist der Mini-Batnet Hochsetzer 12/320V 18W. (Siehe auch http://www.maurelma.ch/shop/index.php?cat=WG39&product=510027 )

Mit diesem kleinen Würfel können kostengünstigere LED oder Sparlampen, welche eine 230V Eingangsspannung haben, ab einer 12V-Batterie betrieben werden.

Auch weit von der Batterie entfernte Lampen können so optimal betrieben werden, weil nach dem BatNet nur noch kleine Ströme fliessen.

Strassenbeleuchtung

Für die Beleuchtung von Strassen, Gehsteige und öffentlichen Plätzen wird eine grosse Lichtmenge benötigt.

In diesem Bereich ist noch ein grosses Energiesparpotential vorhanden.

Weil das Licht bei den LED-Lampen gut gerichtet werden kann, empfiehlt es sich in vielen Situationen, die alten Strassenlampen  durch neue LED-Lampen zu ersetzen. Die Lichtverschmutzung und er Strombedarf kann so reduziert werden.

Weitere Informationen dazu findet man unter http://www.topstreetlight.ch/

Weitere Infos zur Beleuchtung finden Sie auch beim jeweiligen Produkt im Online Shop