LED-Technologie und Licht-Management-Systeme
Weniger Auswirkungen auf die Erderwärmung
Etwa sechs Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes entfallen laut En.lighten-Initiative auf die Beleuchtung. Sie zu begrenzen ist also ein wichtiger Beitrag, um die Erderwärmung zu stoppen. Mit energieeffizienter LED-Technologie und Licht-Management-Systemen (LMS) gibt es dafür bereits leistungsfähige Instrumente. Um die Auswirkungen von Leuchten auf die Klimabilanz zu verstehen, können Hersteller eine Ökobilanz anhand der LCA-Daten (Lifecycle Assessment) von PEP Ecopassport erstellen.
Bild: Ledvance GmbH

Ökobilanzen beziehen sich auf den gesamten Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung über die Herstellung, den Vertrieb und die Nutzung bis hin zum End-of-Life eines Produktes. Der Fokus liegt dabei auf dem GWP-Indikator (Global Warming Potential). Er misst, wie stark ein Produkt zur Erderwärmung beiträgt, gemessen in CO2-Äquivalenten pro Kilogramm. Mit dieser Einheit lassen sich die Emissionen verschiedener Treibhausgase auf Basis des GWP vergleichen. Weitere Auswirkungskategorien sind der Abbau der Ozonschicht, die Versauerung, die Eutrophierung, der Wasserverbrauch sowie die Ausbeutung abiotischer Ressourcen. Wichtig ist, dass die Ökobilanz und die Anforderungen an die Datenqualität standardisiert sind. Nur dann lassen sich die unterschiedlichen LCA-Daten vergleichen. Der PSR0014-Bericht von PEP Ecopassport definiert als Funktionseinheit für Leuchten die „Beleuchtung, die einen ausgehenden künstlichen Lichtstrom von 1.000 Lumen während einer Referenzlebensdauer von 35.000 Stunden liefert“. Die Bewertung der Auswirkungen für diese funktionale Einheit ermöglicht einen fairen Vergleich von Leuchten mit hohem und niedrigem Lichtstrom und unterschiedlicher Lebensdauer.

Nutzungsphase ist entscheidend

Als Mitglied des Verbands der europäischen Lichtbranche, Lighting Europe, der PEP Ecopassport angehört, gestaltet Ledvance die Product Specific Rules (PSR) aktiv mit. So arbeitet das Unternehmen an ersten verifizierten Umweltproduktprofilen (Product Environmental Profiles, kurz PEPs). Parallel zur eigenen LCA-Analyse untersucht Ledvance die PEPs von Leuchten anhand des aktuellen PSR0014 (PEP Ecopassport, 2022)[1]. Damit gibt es einen großen Fundus an Daten, um Verbesserungspotenziale zu finden. Im Fokus steht dabei, welche Phase im Lebenszyklus einer LED-Leuchte am meisten zur Erderwärmung beiträgt. Durch die Emissionen aus der Stromerzeugung verursachen Leuchten in der Nutzungsphase im Schnitt 96 Prozent des GWP. Laut ‚Our World In Data‘ (2021) verursacht eine in der EU produzierte Kilowattstunde Strom ein GWP von 0,261kg CO2 eq. Hier kann eine Optimierung entscheidend zur GWP-Reduzierung einer Leuchte beitragen – etwa durch eine höhere Lichtausbeute. Da der LED-Wirkungsgrad in den letzten 15 Jahren massiv verbessert wurde, stößt er jedoch an seine physikalischen Grenzen. Die zweitwichtigste Phase ist die Herstellung, inklusive Transport. Aufgrund der hohen Lebensdauer von LED-Leuchten verursacht die Fertigung aber nur drei Prozent des GWP.

GWP von Ledvance-Produkten mit unterschiedlicher Lichtausbeute, einschließlich Leuchten mit Anwesenheitserkennung, Tageslichtsensorik oder beidem
GWP von Ledvance-Produkten mit unterschiedlicher Lichtausbeute, einschließlich Leuchten mit Anwesenheitserkennung, Tageslichtsensorik oder beidem Bild: Ledvance GmbH

Sensorgesteuerte Beleuchtung

Das größte Potenzial zur GWP-Reduzierung liegt in einer intelligenten Steuerung: Die Leuchte schaltet das Licht automatisch aus, wenn niemand im Zimmer ist, oder sie dimmt es an einem sonnigen Wintertag. Leuchten mit Sensoren, die Personen und den Beleuchtungsgrad erkennen, senken den Energieverbrauch. Der PSR0014 hat einen Energiesparkoeffizienten für Anwesenheitserkennung und Tageslichtsensorik mit jeweils -25 Prozent definiert. Beide zusammen erreichen ein Einsparpotenzial von 45 Prozent. Auch das IoT-LM-System Vivares, das Ledvance verwendet, bietet Anwesenheitserkennung und Daylight Harvesting. Zudem lässt sich damit der Energieverbrauch in der Cloud in Echtzeit überwachen und dadurch weiter optimieren.

Nachrüstbares Leuchten-Design

Bei der Kreislaufwirtschaft geht es darum, Produkte möglichst oft wiederzuverwenden und zu reparieren, um Ressourcen einzusparen und die Abfallmenge zu verringern. Bei Leuchten stehen die Lichtquelle und der Treiber des Produkts aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer im Fokus. Sind sie austauschbar, verlängert das die Lebensdauer und reduziert den ökologischen Fußabdruck bei der Herstellung. Wie aber wirkt sich das Leuchten-Design auf das GWP aus? Dazu drei Beispiele: Eine Leuchte mit 100.000 Stunden Lebensdauer, die im Büro zum Einsatz kommt (2.000 Stunden pro Jahr), erreicht ihr End-of-Life nach 50 Jahren. Bei einem kreisförmigen Design können Lichtquelle und Treiber einmal ausgetauscht werden. Dadurch lässt sich die Leuchte weitere 50 Jahre nutzen, die Effekte der Herstellung sind damit um 50 Prozent geringer. Da auf die Produktion nur drei Prozent der Gesamtbelastung entfallen, wird das GWP aber nur um 50 Prozent von drei Prozent reduziert, also um weniger als zwei Prozent. Bei einer Anwendung im 24/7-Betrieb (8.760 Stunden pro Jahr), deren Lichtquelle und Treiber 50.000 Stunden laufen, müssten beide Teile alle 5,7 Jahre und siebzehn Mal ausgetauscht werden, damit die Leuchte 100 Jahre lang in Betrieb ist. Die Auswirkungen der Herstellung ließen sich damit um 94 Prozent reduzieren. Über den gesamten Lebenszyklus beträgt die GWP-Reduzierung aber auch hier weniger als drei Prozent. Anders sieht es aus, wenn die Anwendung aus Beispiel 2 aufrüstbar ist. Beim Austausch der Lichtquelle nach 5,7 Jahren dürfte die Lichtausbeute zehn Prozent höher als bei der ursprünglichen Lichtquelle sein und sich mit dem zweiten Austausch um weitere zehn Prozent verbessert haben. Wird die Leuchte beim ersten Austausch mit einem Anwesenheitssensor aufgerüstet, verbraucht sie bis zum Ende der Lebensdauer 25 Prozent weniger Energie. Damit wäre das GWP in der Nutzungsphase 37 Prozent geringer. Und da diese 96 Prozent der Gesamtauswirkungen ausmacht, beträgt die Reduzierung auf Lebenszyklusebene 35 Prozent. Hinzu kommen die Einsparungen in der Herstellung (unter drei Prozent). Insgesamt liegt die GWP-Reduktion beim nachrüstbaren Design also bei fast 40 Prozent.

Austausch von Leuchtstoffröhren

Leuchtstoffröhren lassen sich fast überall durch moderne LED-Technologie ersetzen. So bietet die Substitube T8 Pro die doppelte Effizienz (bis zu 175lm/W) und eine viermal längere Lebensdauer (75.000h) als ihr Leuchtstoffvorgänger. Eine weitere Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks ermöglichen Sensorfunktionen (Substitube Motion Sensor). Da die Lichtquelle der Bestandteil einer Leuchte ist, der am meisten Energie verbraucht, wirkt sich vor allem die Nutzungsphase auf die Erderwärmung aus. Die Verringerung des Energieverbrauchs während dieser Phase lässt sich daher auf die GWP-Reduzierung über den Lebenszyklus umrechnen. Daraus ergibt sich: Das Emissionspotenzial von LED-Röhren ist um 25 bis 50 Prozent geringer als von Leuchtstoffröhren – und mit LMS-Funktionalität noch niedriger.

[1] Insgesamt wurden 8 PEPs für Leuchten (-Familien) auf Basis von PSR0014 veröffentlicht (Stand Juli 2022)

Autor | Dr. Oliver Vogler, Managing Director Europe West, Ledvance GmbH

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Bild: Ledvance GmbH

Ökobilanzen beziehen sich auf den gesamten Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung über die Herstellung, den Vertrieb und die Nutzung bis hin zum End-of-Life eines Produktes. Der Fokus liegt dabei auf dem GWP-Indikator (Global Warming Potential). Er misst, wie stark ein Produkt zur Erderwärmung beiträgt, gemessen in CO2-Äquivalenten pro Kilogramm. Mit dieser Einheit lassen sich die Emissionen verschiedener Treibhausgase auf Basis des GWP vergleichen. Weitere Auswirkungskategorien sind der Abbau der Ozonschicht, die Versauerung, die Eutrophierung, der Wasserverbrauch sowie die Ausbeutung abiotischer Ressourcen. Wichtig ist, dass die Ökobilanz und die Anforderungen an die Datenqualität standardisiert sind. Nur dann lassen sich die unterschiedlichen LCA-Daten vergleichen. Der PSR0014-Bericht von PEP Ecopassport definiert als Funktionseinheit für Leuchten die „Beleuchtung, die einen ausgehenden künstlichen Lichtstrom von 1.000 Lumen während einer Referenzlebensdauer von 35.000 Stunden liefert“. Die Bewertung der Auswirkungen für diese funktionale Einheit ermöglicht einen fairen Vergleich von Leuchten mit hohem und niedrigem Lichtstrom und unterschiedlicher Lebensdauer.

Nutzungsphase ist entscheidend

Als Mitglied des Verbands der europäischen Lichtbranche, Lighting Europe, der PEP Ecopassport angehört, gestaltet Ledvance die Product Specific Rules (PSR) aktiv mit. So arbeitet das Unternehmen an ersten verifizierten Umweltproduktprofilen (Product Environmental Profiles, kurz PEPs). Parallel zur eigenen LCA-Analyse untersucht Ledvance die PEPs von Leuchten anhand des aktuellen PSR0014 (PEP Ecopassport, 2022)[1]. Damit gibt es einen großen Fundus an Daten, um Verbesserungspotenziale zu finden. Im Fokus steht dabei, welche Phase im Lebenszyklus einer LED-Leuchte am meisten zur Erderwärmung beiträgt. Durch die Emissionen aus der Stromerzeugung verursachen Leuchten in der Nutzungsphase im Schnitt 96 Prozent des GWP. Laut ‚Our World In Data‘ (2021) verursacht eine in der EU produzierte Kilowattstunde Strom ein GWP von 0,261kg CO2 eq. Hier kann eine Optimierung entscheidend zur GWP-Reduzierung einer Leuchte beitragen – etwa durch eine höhere Lichtausbeute. Da der LED-Wirkungsgrad in den letzten 15 Jahren massiv verbessert wurde, stößt er jedoch an seine physikalischen Grenzen. Die zweitwichtigste Phase ist die Herstellung, inklusive Transport. Aufgrund der hohen Lebensdauer von LED-Leuchten verursacht die Fertigung aber nur drei Prozent des GWP.

GWP von Ledvance-Produkten mit unterschiedlicher Lichtausbeute, einschließlich Leuchten mit Anwesenheitserkennung, Tageslichtsensorik oder beidem
GWP von Ledvance-Produkten mit unterschiedlicher Lichtausbeute, einschließlich Leuchten mit Anwesenheitserkennung, Tageslichtsensorik oder beidem Bild: Ledvance GmbH

Sensorgesteuerte Beleuchtung

Das größte Potenzial zur GWP-Reduzierung liegt in einer intelligenten Steuerung: Die Leuchte schaltet das Licht automatisch aus, wenn niemand im Zimmer ist, oder sie dimmt es an einem sonnigen Wintertag. Leuchten mit Sensoren, die Personen und den Beleuchtungsgrad erkennen, senken den Energieverbrauch. Der PSR0014 hat einen Energiesparkoeffizienten für Anwesenheitserkennung und Tageslichtsensorik mit jeweils -25 Prozent definiert. Beide zusammen erreichen ein Einsparpotenzial von 45 Prozent. Auch das IoT-LM-System Vivares, das Ledvance verwendet, bietet Anwesenheitserkennung und Daylight Harvesting. Zudem lässt sich damit der Energieverbrauch in der Cloud in Echtzeit überwachen und dadurch weiter optimieren.

Nachrüstbares Leuchten-Design

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Austausch von Leuchtstoffröhren

Leuchtstoffröhren lassen sich fast überall durch moderne LED-Technologie ersetzen. So bietet die Substitube T8 Pro die doppelte Effizienz (bis zu 175lm/W) und eine viermal längere Lebensdauer (75.000h) als ihr Leuchtstoffvorgänger. Eine weitere Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks ermöglichen Sensorfunktionen (Substitube Motion Sensor). Da die Lichtquelle der Bestandteil einer Leuchte ist, der am meisten Energie verbraucht, wirkt sich vor allem die Nutzungsphase auf die Erderwärmung aus. Die Verringerung des Energieverbrauchs während dieser Phase lässt sich daher auf die GWP-Reduzierung über den Lebenszyklus umrechnen. Daraus ergibt sich: Das Emissionspotenzial von LED-Röhren ist um 25 bis 50 Prozent geringer als von Leuchtstoffröhren – und mit LMS-Funktionalität noch niedriger.

[1] Insgesamt wurden 8 PEPs für Leuchten (-Familien) auf Basis von PSR0014 veröffentlicht (Stand Juli 2022)

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