Wirkungsgrade von Leuchtstofflampen und Vorschaltgeräten

Den Trend zur Verbesserung der Effizienz in der Beleuchtungstechnik wollte auch die EU-Kommission fördern und erließ im Juni 1999 den ersten Entwurf einer Richtlinie, die den allmählichen Übergang zur vermehrten Produktion von EVG in der EU beschleunigen sollte. Fernziel war die Ablösung der weniger effizienten induktiven Vorschaltgeräte durch die effizienteren EVG, die, wie es hieß, auch noch weit reichende Energie-Spartechniken wie etwa Dimmung böten. Das klingt, als verstünde es sich von selbst, dass ein EVG

  • immer dimmbar
  • und immer die Energie sparendste Wahl ist.

Mehr zum zweiten Punkt im Abschnitt »Bessere Effizienz der VVG«. Das Missverständnis beim ersten wurde bereits im Abschnitt zur Dimmbarkeit geklärt.

Aufräumen mit alten Gerüchten!

Bild 7.1
Bild 7.1: Leistungs-Aufnahme einer 58-W-Leuchtstofflampe mit VVG beim Einschalt-Stromstoß, während der Katoden-Vorheizung und der Warmlaufphase: Leicht überhöhter Blindstrom, überhaupt kein Überschreiten der Nenn-Wirkleitung!

An dieser Stelle sollte zunächst mit dem alten, oft gehörten Gerücht aufgeräumt werden, Leuchtstofflampen verbräuchten während des Startvorgangs oder in der Aufwärmphase – so genau spezifiziert dies niemand – ungeheuer viel Strom und sollten deshalb lieber eingeschaltet bleiben, wenn sie für kürzere Zeit nicht benötigt würden. Dieses Gerücht bezieht sich auf den Betrieb mit induktiven Vorschaltgeräten, da es wesentlich älter ist als die Erfindung des EVG, und ist natürlich blanker Unsinn, während die daraus gezogene Empfehlung jedoch weit gehend zutrifft: Wie könnte es jemals gelingen, binnen weniger Sekunden über einen gewöhnlichen Netz-Anschluss so große Energiemengen zu beziehen, dass hieraus ein nennenswerter Kostenfaktor wird? Doch sogar gestandene Elektromeister verbreiten diese Weisheit noch, während selbst ihre Lehrlinge schon in der Lage sein sollten, ihnen vorzurechnen, dass dies nicht sein kann. Gut, die Röhre wird bei Verwendung induktiver Vorschaltgeräte zuerst kurzgeschlossen, und der Strom steigt um etwa 35 % über den Bemessungswert – aber das ist fast reiner Blindstrom! In der Tat liegt die Blindleistung während dieses Vorgangs um etwa 90 % und in der Warmlaufphase um etwa 30 % über dem stationären Wert. Die Wirkleistung jedoch schleicht sich von unten her kriechend an ihren Endwert heran (Bild 7.1). Der wahre Kern des Gerüchts ist, dass es unwirtschaftlich ist, Leuchtstofflampen zu häufig zu schalten, da dies einen bedeutenden Alterungsfaktor darstellt. Das Wuppertal Institut für Umwelt Klima Energie gab einmal einen Richtwert von etwa 10 Minuten an, von dem an das Abschalten lohnt. Der Alterungseffekt hängt jedoch in entscheidender Weise von optimalen Vorheiz-Bedingungen ab, wie sie vom elektronischen Starter gewährleistet werden und auch vom EVG für sich in Anspruch genommen werden, während hiervon nicht viel übrig bleibt, sondern vielmehr im Gegenteil sowohl VVG mit Glimmstarter als auch Sofortstart-EVG die Lampen strapazieren (siehe auch den Abschnitt über die modernen elektronischen Starter).

In Tabelle 7.1 wurden die beiden Fälle des »Glimmstarts« und des elektronischen Starts einander gegenüber gestellt, und es zeigt sich: Der vom Wuppertal Institut angegebene Richtwert stimmt ziemlich genau, wenn man annimmt, dass er einen Mittelwert über verschiedene Lampen-Nennleistungen und über den Betrieb mit Glimmstartern und mit elektronischen Startern darstellt.

Tabelle 7.1
Tabelle 7.1: Ab etwa 10 bis 25 Minuten lohnt sich das Ausschalten

Zudem bestätigt sich wieder einmal, dass die Energiekosten beim Betrieb elektrischer Betriebsmittel in aller Regel die anderen Anteile an den Lebensdauerkosten bei Weitem dominieren. Diese Beobachtung macht man immer wieder. Ausnahmen sind Geräte, Anlagen und Situationen mit sehr geringer Einschaltdauer oder Auslastung (z. B. ein privat genutzter PKW). Die Lampe für 2,50 € aber verbraucht während ihres 15.000 h währenden Arbeitslebens Energie für etwa 125 €. Obwohl ein »Glimmstart« die Lampe mehr als 8 Stunden Lebensdauer kostet, lohnt ein Abschalten daher schon ab etwa 10 Minuten für eine 58-W-Lampe und ab etwa 25 Minuten für eine 18-W-Lampe, je nach Lampenpreis und Strompreis. Zu diesem Zeitpunkt kostet die durch Abschalten gesparte Energie gerade so viel wie der geopferte Lampenverschleiß, bzw. kostet umgekehrt, wenn man auf das Abschalten verzichtet, der eingesparte Lampenverschleiß so viel wie der mehr verbrauchte Strom. Bei Verwendung elektronischer Starter hingegen lohnt sich das Abschalten schon ab ein bis zwei Minuten! Ein Warmstart-EVG hingegen verkürzt die für den Glimmstarter gültigen Zeiten lediglich um ein paar Minuten; das gewöhnlich eingesetzte Kaltstart-EVG verlängert sie um doppelt so viele Minuten!

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Alte EU-Verordnung

Mit ihrer Verordnung 2000/55/EG klassifizierte die EU Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen zunächst nach der gesamten Leistungs-Aufnahme des Systems aus Vorschaltgerät und Lampe mit dem Ziel, die verlustreicheren Typen vom Markt auszuschließen. Die Klassen und Grenzwerte für stabförmige Leuchtstofflampen sind beispielsweise in Tabelle 7.2 wiedergegeben. Dabei steht die Klassifizierung A1 für dimmbare EVG. Ein Vorschaltgerät gilt als dimmbar nach Klasse A1, wenn es folgende Anforderungen erfüllt:

  • Bei Einstellung auf 100% der Lichtleistung erfüllt das Vorschaltgerät mindestens die Anforderungen gemäß A3;
  • Bei 25% Lichtleistung beträgt die gesamte System-Eingangsleistung höchstens 50% der Leistung der bei 100% Lichtleistung aufgenommenen elektrischen Leistung, also derer der Klasse A3;
  • Das Vorschaltgerät muss in der Lage sein, die Lichtleistung auf 10% oder weniger der maximalen Lichtleistung zu reduzieren.
Tabelle 7.2
Tabelle 7.2: Werte und Klassen stabförmiger Leuchtstofflampen mit Vorschaltgeräten

Nun sieht es aber etwas hässlich aus, wenn, wie in Bild 7.2 dargestellt, die Verluste von Klasse D bis Klasse A2 kontinuierlich fallen, um dann zur »Oberklasse« A1 hin wieder anzusteigen. Also erfand man eine entsprechende Definition, gemäß welcher die Nenn-Eingangsleistung die ist, die sich bei 25% der Ausgangsleistung einstellt. Schließlich ist das EVG dimmbar und nimmt somit im Betrieb nicht immer seine volle Leistung auf. Mit der gleichen Logik ließe sich die Nennleistung eines PKW mit einer Höchstgeschwindigkeit von z. B. 200 km/h als die Leistung festlegen, die erforderlich ist, um das Fahrzeug mit 50 km/h zu bewegen.

Bild 7.2
Bild 7.2: Aufteilung der Systemleistung an einer T8-Lampe 58 W und ihrem VVG

Zu dieser Kuriosität kommt als weitere hinzu, dass als Haupt-Vorteil der EVG zwar immer deren geringere innere Verluste angeführt werden, genannte Richtlinie aber in einem EVG höhere Verluste zulässt als in einem VVG. So geht z. B. aus Tabelle 7.2 hervor, dass eine 58-W-Lampe zusammen mit einem VVG eine Systemleistung von 64 W nicht überschreiten darf, um die Anforderungen der Klasse B1 zu erfüllen. Dies begrenzt die Verlustleistung auf 6 W. Rüstet man auf EVG der Klasse A3 um, sinkt jedoch die Lampen-Nennleistung auf 50 W und die Systemleistung auf 59 W, entsprechend 9 W Verlust in dem angeblich verlustärmeren EVG (Bild 7.2).

Obwohl eigentlich ein richtiger Ansatz, wirkt sich die Festlegung der gesamten Leistungs-Aufnahme eines Systems als Kriterium nachteilig für induktive Vorschaltgeräte aus, da EVG, wie eingangs erwähnt, weniger als die auf 50 Hz bezogene Nennleistung in die Lampe einspeisen. Es wird argumentiert, der Wirkungsgrad sei bei der hohen Betriebsfrequenz besser und der Lichtstrom daher fast gleich, lediglich 4% kleiner. Erstens ignorieren die Kriterien diese 4%, da die Werte und Klassen der Richtlinie nur die elektrischen Leistungen spezifizieren, nicht den Lichtstrom. Zweitens stellte die EU später fest, wie teuer EVG sind (Tabelle 2.1), während sich die Umstellung vom KVG auf das VVG als wesentlich kostengünstiger herausstellte (Tabelle 7.3). Beachten Sie, dass diese Berechnungen ohne Berücksichtigung der Kapitalkosten für die Investition durchgeführt wurden!

Tabelle 7.3
Tabelle 7.3: Amortisationszeiten für VVG und EVG

Zwar muss hierbei in Betracht gezogen werden, dass bei den tatsächlich in der Industrie – weniger von den Installateuren – bezahlten Preisen Rabatte bis zu 80% auf die Katalogpreise erzielt werden können. Dann aber sollte man ebenso in Betracht ziehen, dass mit dem Helligkeits-Unterschied von 4% noch nicht die ganze Wahrheit gesagt ist. Dieser nämlich bezieht sich nicht auf die Nennleistung, sondern auf die hiervon abweichende praktische Auslegung der VVG. Die gezielte Ausnutzung der für heutige Verhältnisse viel zu großzügigen Toleranzen macht es möglich – und selbst bei dieser Auslegung ist dieselbe Lampe mit VVG bei Nennspannung noch immer um etwa 4% heller als mit EVG, wie wir im nächsten Abschnitt sehen werden. Die aus Tabelle 7.2 abzulesenden 5 W Einsparung, die sich zwischen dem Betrieb einer 58-W-Lampe mit VVG Klasse B1 und EVG Klasse A3 ergeben, schrumpfen auf kaum mehr als 2 W zusammen, wenn man wirklich gleiche Lichtleistungen vergleicht.

Deswegen zielte genannte EU-Richtlinie in zwei Schritten zunächst nur auf ein Verbreitungsverbot der Klassen D und C, um die es nun wirklich nicht schade ist und was im November 2005 bzw. Mai 2002 umgesetzt wurde. Eine Verdrängung induktiver Vorschaltgeräte durch EVG ist dies also im Gegensatz zu dem zunächst aufgekommenen Eindruck noch lange nicht. Das wäre auch wenig sinnvoll, denn wie ein späterer Entwurf der Richtlinie an anderer Stelle selbst erwähnt, sind die bislang festgelegten Verbesserungsschritte zu einem Mehrpreis von jeweils 2 € pro Lampe zu haben, während jeder Schritt, der zwangsweise zum Umschwenken auf EVG-Technik führt, mit einem Mehrpreis um 20 € verbunden wäre.

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Neue EU-Verordnung

Inzwischen war es an der Zeit für weitere Schritte. Daher trat am 24.03.2009 die EU-Verordnung 245/2009 in Kraft, die als Umsetzungs-Richtlinie für Lampen und Leuchten im Rahmen der »Ökodesign«-Verordnung 2005/32/EG (ErP Directive – Energy related Products) die Richtlinie 2000/55/EG abgelöst hat. Eine Abschaffung induktiver Vorschaltgeräte wird jedoch, anders als man allenthalben in der Fachwelt hört, auch hiermit nicht beschlossen!

Die neue Verordnung tritt in drei Stufen in Kraft: 2010 wurden vorläufige Grenzwerte gültig, und jeweils 2012 und 2017 werden sie noch einmal verschärft. So möchte man der Industrie hinreichend Zeit zur Umstellung geben. Dies jedenfalls stellt das Prinzip dahinter dar. Praktisch fallen die Verschärfungen zum Teil recht gnädig aus. Die wesentlichen Neuerungen si

  • Als »Ökodesign«-Richtlinie gibt sie nicht nur elektrische Werte vor, sondern z. B. auch Höchstwerte für den Quecksilbergehalt und Mindestwerte für die Lebensdauer von Leuchtmitteln.
  • Aussagen zu kompletten Leuchten wurden aufgenommen – die sich jedoch in der Forderung erschöpfen, dass die Leuchten für die von dieser Verordnung geforderten Lampen und Vorschaltgeräte geeignet sein müssen.
  • Für sämtliche gebräuchlichen Leuchtstoff- und Gas-Entladungs-Lampentypen werden Mindest-Wirkungsgrade (Licht-Ausbeuten) eingeführt – also für die Lampen allein ohne Betrachtung des Vorschaltgeräts.
  • Daneben gibt es gesonderte Grenzwerte für die Wirkungsgrade der Vorschaltgeräte, gemessen als Verhältnis der Lampen-Nennleistung zur Gesamt-Systemleistung, also Ausgangsleistung zu Eingangsleistung, genau wie in der Technik üblich.
  • Ein besonders wichtiger Unterschied besteht an diesem Punkt darin, dass die Tabelle 17 (hier als Tabelle 7.5 auszugsweise wiedergegeben) dieser neuen Umsetzungsverordnung bei Lampen drei verschiedene Leistungswerte unterscheidet: Die Nennleistung, die, wie der Name schon sagt, nur den Namen der Lampe darstellt, die Bemessungsleistung für den Betrieb an Netzfrequenz und die Bemessungsleistung für den Betrieb an Hochfrequenz. Die Nennleistung ist gewöhnlich mit der Bemessungsleistung für Netzfrequenz identisch, es sei denn, diese sei nicht ganzzahlig. Dann werden die Nachkommastellen weggelassen. Etwa eine Lampe vom Typ FD-38-E-G13-26/1050 nach ILCOS (International Lamp Codification System) mit einer Bemessungsleistung von 38,5 W bei Netzfrequenz und 32 W bei HF-Betrieb hat eine Nennleistung von 38 W und nennt sich folglich »38-W-(T8-)Lampe«. Die alte Richtlinie 2000/55/EG ließ die Differenz von 6 W zwischen den 38 W Nennleistung und den 32 W HF-Bemessungsleistung ungerechtfertigt als Vorteil für den HF-Betrieb, also für das EVG, erscheinen. Die neue Methode besteht darin, den Wirkungsgrad eines »VVG für eine 38-W-T8-Lampe« auf Basis einer Abgabeleistung von 38,5 W und den Wirkungsgrad eines »EVG für eine 38-W-T8-Lampe« auf Basis einer Abgabeleistung von 32,0 W zu bestimmen anstatt nur die Eingangsleistungen zu betrachten.
  • Für dimmbare EVG und andere fernsteuerbare Betriebsgeräte gibt es Obergrenzen für den Leerlauf-Verbrauch (Stand-by), zunächst 1 W und in der zweiten Stufe 0,5 W.
  • Zudem ist die Leistungsaufnahme – sowohl die der Lampe als auch die Verlustleistung des Vorschaltgeräts – nun an dem Punkt zu messen, wo der Lichtstrom dem Nenn-Lichtstrom der jeweiligen Lampe bei 25°C Umgebungs-Temperatur entspricht. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber der derzeitigen Vorgehensweise, nur die elektrische Leistung des gesamten Systems zu klassifizieren und etwaige Unterschiede in der Lichtleistung ein- und derselben Lampe beim Betrieb an verschiedenen Vorschaltgeräten zu ignorieren. Somit ist eine Gleichbehandlung von EVG und VVG (KVG – die ehemaligen Klassen C und D – gibt es nicht mehr) jetzt gewährleistet. Das Messen mit zweierlei Maß, aber ohne Betrachtung des Lichtstroms hat ein Ende.
Tabelle 7.4
Tabelle 7.4: Tabelle 1 der Richtlinie 245/2009

Leider entstand an dieser Stelle das oben erwähnte, weit verbreitete Missverständnis. Die Fußangel ist, dass weiterhin die Bezeichnungen A1, A2, A3, B1 und B2 verwendet werden. A1 steht weiterhin für dimmbare EVG. Daneben werden zwei neue Klassen »A1 BAT« und »A2 BAT« (»best available technology«) eingeführt, wovon erstere nach wie vor für dimmbare EVG steht. Jedoch bezieht sich keine dieser Klassen auf die alte Richtlinie 2000/55/EG. Vielmehr werden diese in einer neuen Tabelle innerhalb der neuen Verordnung 245/2009 neu definiert, und zwar, wie oben beschrieben, anhand der Wirkungsgrade der Vorschaltgeräte als Verhältniswert der elektrischen Ausgangsleistung zur elektrischen Eingangsleistung des Vorschaltgeräts in Prozent. Jetzt ist keine Klasse mehr mit der Anwendung einer bestimmten Technik verknüpft, wie bisher A für EVG, B für VVG und (vormals) C und D für KVG, abgesehen davon, dass die Klassen A1 und A1 BAT per Definition, wie erwähnt, für dimmbare EVG stehen. Deren Wirkungsgrade werden jedoch anhand der anderen Klassen festgelegt.

Die Wirkungsgrade der Lampen sind dagegen nicht in Klassen unterteilt; das hätte angesichts der großen Typenvielfalt viel zu weit geführt. Diese Grenzwerte sind direkt aus einer der jeweiligen Tabellen zu entnehmen, beginnend mit Tabelle 1, wo die zweiseitig gesockelten Leuchtstofflampen in T8, T5HO und T5HE unterteilt werden. Diese, hier als Tabelle 7.4 wiedergegeben, verdeutlicht, wie stark die T5HO-Lampen sowohl hinter die T5HE- als auch hinter die T8-Lampen zurück fallen. T5-Lampen sind keineswegs generell effizienter als T8-Lampen, wie vielfach angenommen wird, sondern allenfalls dann, wenn man T5HE-Lampen wählt! Dies wird in der neuen Darstellung auf den ersten Blick deutlich. Die Neuerungen bezüglich der Effizienz-Vorgaben sind:

Lampen-Wirkungsgrade

  • Anforderungen der ersten Stufe: Ein Jahr nach Inkrafttreten der neuen Richtlinie müssen die Lichtwirkungsgrade von T5- und T8-Lampen mindestens denen der Tabelle 1 besagter Richtlinie entsprechen (siehe Tabelle 7.4), alle bei 25°C Umgebungstemperatur gemessen. Dies ist gegenüber den T5-Lampen fast schon ein wenig unfair; sind sie doch aus gutem Grund auf eine Umgebungstemperatur von 35°C optimiert.
  • Anforderungen der zweiten Stufe: Drei Jahre nach Inkrafttreten werden die Anforderungen für T8-Lampen auf alle zweiseitig gesockelten Lampen ausgeweitet. Dies wird wohl das Aus für T5HO-Lampen bedeuten, wenn sie bis dahin nicht noch erheblich verbessert werden.
  • Anforderungen der dritten Stufe: Acht Jahre nach Inkrafttreten tritt keine direkte Verschärfung der Anforderungen an Leuchtstofflampen mehr ein. Es heißt dort lediglich, sie »müssen sich mindestens mit einem Vorschaltgerät der Klasse A2 gemäß Anhang III.2.2 betreiben lassen«, doch dies lässt sich bereits heute von allen handelsüblichen Leuchtstofflampen sagen. Es steht dort nicht: »Die Lampe, das Vorschaltgerät oder das System muss die Anforderungen der Klasse A2 nach 2000/55/EU erfüllen«, was etwas völlig anderes gewesen wäre.

Vorschaltgeräte-Wirkungsgrade

  • Anforderungen der ersten Stufe: Ein Jahr nach Inkrafttreten der neuen Richtlinie müssen Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen nach Tabelle 17 mindestens der Effizienzklasse B2 (gemäß Tabelle 17 der neuen Verordnung 245/2009!) und dimmbare Vorschaltgeräte nach Tabelle 19 (der neuen Verordnung 245/2009, nicht der hierdurch abgelösten 2000/55/EG! Siehe hier Tabelle 7.5) entsprechen. Wie in der alten Richtlinie bedeutet dies, dass der Wirkungsgrad des Vorschaltgeräts im ungedimmten Betrieb der Klasse A3 entsprechen muss und bei 25% der größtmöglichen Helligkeit die Leistungsaufnahme 50% des Höchstwerts der Klasse A3 nicht überschreiten darf.
  • Anforderungen der zweiten Stufe: Drei Jahre nach Inkrafttreten gibt es keine neuen Grenzwerte für nicht dimmbare Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen. Verändert werden die Grenzwerte für Entladungslampen, und der Grenzwert für den Ruheverbrauch dimmbarer Vorschaltgeräte wird von 1 W auf 0,5 W gesenkt.
  • Anforderungen der dritten Stufe: Acht Jahre nach Inkrafttreten gelten die folgenden Grenzwerte für Vorschaltgeräte von Leuchtstofflampen: η = 71% für Vorschaltgeräte bis 5 W (Nennleistung), η = 91% für Vorschaltgeräte ab 100 W, für Vorschaltgeräte von 5 W bis 100 W:

Diese Berechnung des Wirkungsgrads η wird in der neuen Verordnung 245/2009 EBbFL genannt. Wie oben beschrieben, ergibt diese Berechnung für ein- und dieselbe Lampe unterschiedliche Werte, je nach dem, ob sie mit einem VVG oder EVG betrieben wird, sofern für diese Betriebsarten unterschiedliche Bemessungsleistungen angegeben werden. Die geforderten Wirkungsgrade sind für EVG geringfügig niedriger, was logisch ist, wenn man etwas niedrigere Werte für PLampe in die Formel einsetzt.

Von einem pauschalen Verbot induktiver (magnetischer) Vorschaltgeräte ist also auch in diesem Schriftstück nirgends die Rede. Welchen Sinn hätte es sonst, neue Werte für die Klassen B1 und B2 einzuführen? Vielmehr war hier in dem bisher gültigen Schema nach 2000/55/EG eine deutliche Schieflage zu Gunsten der EVG zu verzeichnen. Während in der Fachwelt ständig argumentiert wird, einer der Vorteile von EVG liege in der gegenüber VVG geringeren Verlustleistung, stand schon in der alten Verordnung 2000/55/EG, auf die sich all diese Quellen beziehen, das genaue Gegenteil! Da heißt es z. B. für die T8-Lampe mit 58 

  • Lampenleistung mit VVG: 58 W,
  • Systemleistung mit VVG Klasse B1 alt: ≤ 64 W.
  • Dies lässt eine Verlustleistung im VVG von ≤ 6 W zu.
  • Umgerechnet auf die neue Bewertungsmethode entspräche dies einem geforderten Mindest-Wirkungsgrad von η ≥58 W / 64 W ≈ 91%, was der neuen Klasse A2 entspricht, statt nur die Anforderungen nach B2 zu erfüllen, was für Stufe 1 der neuen Richtlinie schon gereicht hätte! Die EBbFL-Anforderung für Stufe 3 ist lediglich
  • η = EBbFL ≥ 89,6%, also erfüllt das gute alte VVG auch diese mit Leichtigkeit!

Gleichzeitig aber heißt es in der alten Verordnung auch:

  • Lampenleistung mit EVG: 50 W,
  • Systemleistung mit EVG Klasse A3 alt: ≤ 59 W.
  • Dies lässt eine Verlustleistung im EVG von ≤ 9 W zu!
  • Umgerechnet auf die neue Bewertungsmethode entspräche dies einem geforderten Mindest-Wirkungsgrad von
  • η ≥50 W / 59 W ≈ 85%, also B2 (neu) bestanden, aber bei B1 (neu) durchgefallen, daher gerade mal Stufe 1 entsprechend. Die EBbFL-Anforderung der Stufe 3 ist hier η = EBbFL&nbsp≥&nbsp89,1%, also auch durchgefallen! Mit anderen Worten: Die alte Verordnung ordnet einer besseren Klasse den schlechteren Wert zu und umgekehrt (Bild 7.2)!

Nun verlangt die neue Klassifizierung z. B. von einem Vorschaltgerät für eine T8-Lampe von 58 W einen Mindest-Wirkungsgrad von 84,7% in Klasse A3 bzw. 86,1% in Klasse B1. Zunächst mag man sich hier wundern, warum in der neuen Klasse B1 ein besserer Wirkungsgrad gefordert wird als in A3. Tatsächlich wird auch hier einer besseren Klasse der schlechtere Wert zugeordnet. Dies ist nicht bei allen, aber bei einigen Vorschaltgeräten der Fall und mag ein Überbleibsel der alten Definitionen der Klassen B1 und A3 sein, was dort vielleicht besser verborgen war (siehe oben). Letztendlich ist dies kein Grund sich zu grämen, da diese Werte nur ein Übergangsstadium zur kontinuierlichen, berechneten Methode nach Stufe 3 darstellen. Es wird aber sehr wohl offensichtlich, dass ein VVG der bisherigen (alten) Klassifizierung B1 wesentlich geringere Verluste aufweist als der neuen Klasse A3 entspräche; ja, sogar die neue Klasse A2 erfüllt! Das EVG der alten Klasse A3 dagegen erfüllt nur so gerade eben die Anforderungen der neuen Klasse A3. Nach einem Verbot induktiver Vorschaltgeräte sieht das nicht gerade aus; ganz im Gegenteil!

Tabelle 7.5
Tabelle 7.5: Auszug aus Tabelle 17 der EU-Verordnung 245/2009

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Vermeidung vermeidbarer Verluste bei kleinen Leuchtstofflampen

Bild 7.3
Bild 7.3: Diese 4 verschiedenen Einzellampen und 3 hiermit mögliche Tandemschaltungen lassen sich an ein- und demselben Vorschaltgerät betreiben

In der EVG-Werbung wird gelegentlich ins Feld geführt, dass in induktiven Vorschaltgeräten »bis zu 30%« der gesamten von einer Leuchte aufgenommenen Leistung als Verlust anfallen. Dabei ist zunächst anzumerken, dass die Angabe »bis zu« genau so beliebt wie in aller Regel völlig ungeeignet ist, um irgendeine Aussage zu treffen, wenn nicht wenigstens auch erwähnt wird, wo das Minimum und wo das Mittel liegt. So auch hier: Die größten anteiligen Verluste treten bei den kleinsten Lampenleistungen auf. Dies liegt an einem »Witz der Großmaschine« genannten Naturgesetz. Bei einer 58-W-Lampe sind es beispielsweise nur 13%. Zudem sind bei den kleinen Lampenleistungen auch die in der Praxis eingesetzten Stückzahlen klein, und der Anteil an der gesamten Lampen-Anschlussleistung ist damit erst recht klein. Die Angabe »bis zu 30%« sagt also überhaupt nichts aus.

Dabei ist sie andererseits sogar noch untertrieben. Misst man z. B. die Leistungen an einer TC-S-Lampe von 5 W Nennleistung im Betrieb mit einem KVG, so kann man eine Lampenleistung von 5,6 W und eine Verlustleistung im KVG in gleicher Höhe feststellen, also darf man mit Fug und Recht von 50% Verlust reden.

Im Allgemeinen aber haben kleinere, also kürzere Leuchtstofflampen gleicher Typenreihen eine niedrigere Brennspannung als die längeren Röhren der jeweiligen Familie. Somit fällt bei den größeren Leistungsstufen ein größerer Teil der Spannung an der Lampe und ein entsprechend kleinerer am Vorschaltgerät ab. Gleichzeitig ist der Nennstrom bei den größeren Leistungsstufen etwas kleiner, während das Vorschaltgerät dasselbe bleibt (Bild 7.3, Bild 7.4). Die Verluste im Vorschaltgerät jedoch hängen näherungsweise vom Quadrat des Stroms ab. Tauscht man also in einer Leuchte die 5-W-Lampe gegen eine 7-W-Lampe aus, was problemlos möglich ist, sofern nur die Lampe von der Baulänge her hinein passt, so erhält man unter dem Strich mehr Lampenleistung bei weniger Verlustleistung.

Bild 7.4
Bild 7.4: Ein- und dasselbe Vorschaltgerät eignet sich für 4 verschiedene Einzellampen sowie (hier aus Platzgründen nicht aufgeführt) für 3 mögliche Tandemschaltungen

Doch damit nicht genug, denn bei den TC-S-Lampen mit 5 W, 7 W und 9 W ist die Brennspannung so gering, dass sich an der regulären Netzspannung von 230 V zwei Lampen in Reihe betreiben lassen. So verdoppelt sich die Brennspannung effektiv natürlich wieder. Da auch für diese so genannte Tandemschaltung wieder das gleiche Vorschaltgerät zum Einsatz kommt wie für den Einzel-Betrieb, liegen die Ströme und somit die Lampenleistungen jeweils etwas unter dem Nennwert. Um den Fehler zu minimieren, sind die KVG so ausgelegt, dass die Lampenleistungen in der Einfachschaltung etwas über den Nennwerten liegen. Insgesamt hat dies zur Folge, dass das KVG umso weniger belastet wird, je mehr Last daran hängt. Mehr Lampenlast führt gleichzeitig zu absolut fallenden Verlusten, spart also relativ gesehen gleich doppelt (Bild 7.6).

Gleichzeitig verbessern sich auch noch die Wirkungsgrade der Lampen, wenn diese nicht mit voller Leistung betrieben werden, und umgekehrt sind die Wirkungsgrade bei Überlast der Lampe schlechter. Eine Vergleichsmessung durch ein renommiertes, unabhängiges Licht-Institut (Tabelle 7.6), wobei außer den elektrischen Daten auch die Lichtströme gemessen wurden, brachte dies zu Tage. Die 9-W-Lampe mit KVG landete darin auf dem letzten Platz, da die TC-S-Lampen mit 5 W und 7 W gar nicht erst angetreten waren. Nach den Ergebnissen in Bild 7.6 hatte sich dies erübrigt. Dass anderenfalls die 5-W-Lampe im wahrsten Sinne des Wortes das Schlusslicht gebildet hätte, stand danach schon fest.

Bild 7.5
Bild 7.5: TC-D-Lampe 18 W, VVG und EVG hierfür (oben) und VVG für eine gewöhnliche T8-Lampe gleicher Leistung (unten)

Die Tandemschaltung funktioniert jedoch auch bei T8-Lampen der Leistungsstufe 18 W. Hierbei sind zwar verschiedene Vorschaltgeräte für Einzel- und Tandem-Betrieb vorgesehen, doch die Auswirkungen sind ähnlich vorteilhaft: In Bild 7.7 fällt auf, dass auch hier die auf 2 Lampen aufzuteilende Verlustleistung des B1-Geräts für Tandem-Betrieb sogar noch geringer ist als die des nur für eine Lampe zuständigen B1-Geräts.

Nun gibt es auch noch andere Lampentypen mit einer Nennleistung von 18 W, z. B. die TC-D-Lampe. Diese hat jedoch eine erheblich höhere Brennspannung und lässt sich daher nicht im Tandem betreiben. Da aber im Einzel-Betrieb der Spannungsfall an der Lampe größer ist, ist der Spannungsfall am Vorschaltgerät entsprechend kleiner. Die Blindleistung, für die das Vorschaltgerät ausgelegt sein muss, ist ebenfalls entsprechend kleiner – und somit auch das ganze Gerät.

Doch das ist noch nicht alles. Wenn die Lampenspannung größer ist, ist der Strom entsprechend kleiner und reduziert abermals die erforderliche Blindleistungs-Auslegung des Geräts (s. Abschnitt 7.2). Hierdurch kann ein induktives Vorschaltgerät für TC-D-Lampen extrem klein gebaut werden, selbst wenn es der Klasse B1 entspricht – sogar kleiner als ein entsprechendes EVG (Bild 7.5)! So spart speziell eine Leuchte mit TC-D-Lampe und VVG gleichzeitig Bauvolumen, Herstellkosten und Energie.

Tabelle 7.6
Tabelle 7.6: Vergleich elektrischer Daten und der Lichtströme bei kleinen Leuchtstofflampen

Letzteres bestätigt sich, wenn man wieder eine Messung der Lichtströme hinzufügt. Deshalb wurde nachfolgend der Einzel- und Tandem-Betrieb an einem VVG Klasse B1 dem Betrieb einer bzw. zweier Lampen an einem EVG der Klasse A2 für 18 W bzw. 2*18 W gegenüber gestellt. Es ergaben sich drei Blöcke zu je sieben Messungen des Lichtstroms Φ, die in Tabelle 7.7 zusammengestellt sind:

Für die Messung der einzelnen T8-Lampe mit EVG wurde ein EVG für nur eine Lampe eingesetzt statt dasjenige für zwei Lampen zu benutzen und nur eine anzuschließen, was funktioniert hätte, aber möglicherweise zu falschen Ergebnissen geführt hätte. Die entscheidenden Ergebnisse finden sich in Tabelle 7.7 in Form des Licht-Wirkungsgrads ηges in Lumen pro Watt elektrischer Leistungs-Aufnahme des Systems aus Lampe und Vorschaltgerät. Die separate Messung der Lampenleistung, also der Ausgangsleistung der Vorschaltgeräte, war bei den EVG wegen der hohen Ausgangsfrequenz nicht möglich. Daher ließ sich hierfür der Wirkungsgrad ηLampe

  1. Die schon in der Vor-Untersuchung herausgestellten Vorteile der Tandemschaltung und der TC-D-Lampe hinsichtlich der Blindleistung bestätigen sich.
  2. Die Verlustleistung im VVG steigt stark überproportional zur Betriebsspannung des Systems. Bei 253 V ist die Verlustleistung zumeist mehr als doppelt so groß wie bei 207 V. Zusammen mit der leichten Zunahme des Wirkungsgrads ηLampe bietet sich in allen VVG-Zusammenschaltungen der Unterspannungs-Betrieb als Energie-Sparmaßnahme an.
  3. Anders als bei 58-W-Lampen festgestellt, brennen die Lampen am EVG um 4% heller. Bei der Tandemschaltung im Vergleich zum Doppel-EVG sind es sogar 8%. Die Betriebsspannung an der Tandemschaltung muss auf 244 V angehoben werden, ehe die gleiche Helligkeit erreicht wird wie mit dem Doppel-EVG.

     

Bild 7.6
Bild 7.6: Aufteilung der gesamten Leistungs-Aufnahme bei verschiedenen TC-S-Lampen-Konfigurationen mit demselben Vorschaltgerät

Daher müssen bei der Bewertung der Lichtausbeute zwei mögliche Vorgehensweisen unterschieden werden:

Entweder die Leuchten werden in beiden Fällen bei Nennspannung betrieben. Der Vergleich ist dann nicht objektiv, entspricht aber wahrscheinlich eher der gängigen Praxis. Dann steht einer Systemleistung von 19,13 W mit EVG eine Systemleistung von 24,47 W am VVG gegenüber. Eine Amortisationszeit für die eingesparten gut 5 W kann hier nicht gegeben werden, da der Mehrpreis für ein EVG sich sehr verschieden auf den Endpreis einer Beleuchtungs-Anlage auswirken kann. Bei einem Strompreis von 10 c/kWh dauert es jedoch 1872 Betriebsstunden, um den ersten Euro einzusparen. Von diesem Eckwert kann man ausgehen, indem man entsprechend umrechnet: Bei 5 c/kWh dauert es dann 3744 Stunden, bei 20 c/kWh 936 Stunden, bis ein Euro erspart ist. Oder man rechnet objektiv. Niemand wird die Netzspannung herauf setzen, um mit den eingebauten / geplanten VVG exakt die gleiche Helligkeit zu erreichen wie mit den nicht verwendeten EVG, doch könnte der Lichtplaner einige Leuchten mehr vorsehen, wenn die Entscheidung für VVG gefallen ist. Dies hätte praktisch den gleichen Effekt, als würde die gleiche Anzahl Leuchten an einer Spannung von 241,7 V betrieben, was der Differenz zwischen 19,13 W und 26,18 W Systemleistung, also rund 7 W, entspricht. Der wirkliche, objektive »Ersparnis-Eckwert« beträgt dann also bei 10 c/kWh 1418 Betriebsstunden je Euro. Zudem fällt auf, dass die Grenzen der alten EU-Richtlinie, die für die 18-W-Lampe in Klasse B1 bei 24 W und in Klasse A2 bei 19 W Systemleistung lagen, hier im Prinzip weder vom EVG noch vom VVG erfüllt wurden. Nur mit zwei wegen möglicher Mess-Abweichungen zugedrückten Augen kann die Klasse als gerade noch eingehalten betrachtet werden.

Bild 7.7
Bild 7.7: 18-W-Leuchtstofflampen einfach und in Tandemschaltung im Vergleich miteinander und mit einer TC-D-Lampe 18 W

Diese Betriebsart stellt aber auch nicht die optimale Kombination dar. Die Verlustleistung in einem 36-W-EVG ist nicht doppelt so groß wie in einem 18-W-EVG (»Witz des Groß-EVG«), vom in dreifacher Weise vorteilhaften Tandem-Betrieb beim VVG ganz zu schweigen. Die Erkenntnisse der Punkte 4 bis 6 lauten für die Doppel- bzw. Tandemschaltung zweier 18-W-Lampen entsprechend:

  • Der Unterschied zwischen VVG- und EVG-Betrieb beläuft sich jetzt nur noch auf 2 W je System, wenn man den Betrieb jeweils bei Nennspannung vergleicht, wobei ein System nunmehr zwei Lampen und ein Vorschaltgerät umfasst. Bei einem Strompreis von 10 c/kWh dauert es also 5.000 Betriebsstunden, einen Euro einzusparen. Oder, um ein anderes Beispiel zu wählen: Bei ununterbrochenem Dauerbetrieb von 8760 h/a und einem bei dieser Betriebsart typischerweise sehr günstigen Strompreis von z. B. 5,7 c/kWh spart das EVG genau einen Euro im Jahr.
  • Bei gleicher Helligkeit, also korrigierte Spannung für das VVG angenommen (was jedoch, wie gesagt, in der Praxis kaum jemand tun wird), beträgt der Unterschied 6,6 W je System. Bei einem Strompreis von 10 c/kWh spart man einen Euro in rund 1500 Betriebsstunden.
  • Die alte EU-Richtlinie enthielt zwar eine separate Zeile mit Grenzwerten für den Betrieb zweier Lampen an einem Vorschaltgerät, doch die Werte je Lampe waren identisch mit denen für den Einzel-Betrieb wie unter Punkt 6. Dennoch wurden die Grenzwerte hier, ganz im Gegensatz zu der in Punkt 6 beschriebenen Konfiguration, mit Glanz eingehalten: Das EVG blieb gut 1,5 W unter dem Grenzwert für die Klasse A2, das VVG sogar 3,5 W unter B1.

An der TC-D-Lampe lässt sich Folgendes beobachten:

  • Der Wirkungsgrad ist etwa 5% bis 10% schlechter als der der T8-Lampe. Dies mag an der kompakten Bauform liegen, die dazu führt, dass ein Teil des bereits erzeugten Lichts auf die Röhre zurück fällt.
  • Hier bringt der Einsatz des EVG eine ungewöhnlich hohe Einsparung von 28% an gleicher Spannung bzw. 34% bei gleicher Helligkeit. Es erfüllt die Bedingung für Klasse A2 mit Glanz, während das VVG die Grenze für Klasse B1 nicht wirklich einhält. Das VVG ist wohl doch zu Gunsten der Konstruktion kompakter Leuchten etwas zu klein geraten (Bild 7.5 oben rechts), denn das Knausern an aktivem Material (Kupfer und Eisen) geht in der Elektrotechnik immer auf Kosten des Wirkungsgrads. Allerdings muss man einschränkend sagen, dass diese beiden Messungen womöglich nicht ganz miteinander vergleichbar sind, da nicht an derselben Lampe gemessen werden konnte. Die TC-D-Lampe für KVG / VVG verfügt über einen eingebauten Starter und deshalb nur über zwei Anschlüsse (Bild 7.5). Die Verdrahtung des Starters erfolgt intern. Die Version für EVG-Betrieb benötigt vier Stifte.
  • Das geprüfte EVG für diese Lampe verfügt nicht, wie die beiden anderen aus diesem Versuch, über eine Stabilisierung der Leistung bei Schwankungen der Eingangsspannung.

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Wie VVG bessere Wirkungsgrade erreichen können als EVG

Bild 7.8
Bild 7.8: Ausgangsstrom eines EVG (H.-G. Hergesell, Flughafen Paderborn-Lippstadt), aufgenommen mit 3 verschiedenen Messgeräten

Es ist nicht unbedingt gesagt, ob die fraglose, messbare weitere Verbesserung des Wirkungsgrads beim Einsatz von EVG über die 4% hinaus wirklich von der höheren Frequenz her rührt – oder vielleicht doch eher von der Kurvenform des Lampenstroms? Eine weitere Messung sollte Klarheit bringen. Der Gedanke dahinter war eine alte Feststellung, wonach der Wirkungsgrad einer Leuchtstofflampe bei Nennleistung nicht optimal, sondern etwas darunter besser sei, wie es bei vielen elektrischen Betriebsmitteln, der Fall ist – mit Ausnahme beispielsweise von Glühlampen. Trifft dies für den Effektivwert des Stroms zu, so gilt es auch für jeden einzelnen Punkt entlang der Stromkurve. Also müsste der Wirkungsgrad der Lampe im Bereich des Stromscheitels schlechter sein, denn dort hat auch die Leistung ihre größten Augenblickswerte. Wäre der Lampenstrom rechteckförmig, so hätte er gar keinen Scheitel und also auch keinen Bereich schlechten Wirkungsgrads – und der Wirkungsgrad wäre insgesamt etwas besser, da dieser im Betrag konstante Strom erheblich niedriger läge als der Scheitelwert des entsprechenden Sinusstroms. In der Tat sieht der Ausgangsstrom eines EVG einem Rechteck ähnlicher als einer Sinuskurve (Bild 7.8).

Wenn dem so ist, dann müsste sich die gleiche Wirkungsgrad-Verbesserung durch eine Senkung des Sinusstroms insgesamt erreichen lassen. Es müsste also der verallgemeinernde Schluss erlaubt sein, höhere Leistungsdichte sei schlecht für den Wirkungsgrad.

Die Werte der Richtlinie beziehen sich nur auf Nennleistung, doch was geschieht bei verminderter Leistung, wenn z. B. eine Lampe zwar mit VVG, aber nur mit der entsprechenden Leistung eines EVG (Tabelle 7.2) oder gar noch weniger gespeist wird? Um dies heraus zu finden, wurden 5 verschiedene Vorschaltgeräte (Bild 7.9) für eine 58-W-Lampe einer Untersuchung unterzogen:

Bild 7.9
Bild 7.9: Prüfmuster zu den in Tabelle 7.7 und Bild 7.10 dokumentierten Messungen
  • Ein Uralt-KVG aus einer Anlage, die bereits 1987 abgerissen worden war. Es war noch für eine Nennspannung von 220 V bemessen und entsprach natürlich der Effizienzklasse D in Tabelle 7.2, unterlag also keinerlei Wirkungsgrad-Beschränkung.
  • Ein neues KVG »superschmal«, zwangsläufig in Klasse C fallend, denn Einschränkungen bei Material-Einsatz und Bauvolumen gehen in der Elektrotechnik fast immer auf Kosten des Wirkungsgrades.
  • Ein neues VVG Klasse B2.
  • Ein neues VVG Klasse B1.
  • Ein neuwertiges EVG Klasse A3.

Nun wurden, stets mit derselben Lampe, an jedem der 5 Muster alle erforderlichen Parameter gemessen: Wirk- und Blindleistung des Gesamtsystems, Wirkleistung (Verlust) des Vorschaltgeräts und natürlich der Lichtstrom der Lampe. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7.8 vollständig zusammengestellt, doch macht die grafische Auswertung (Bild 7.10) die Beurteilung wesentlich einfacher. Beim EVG war wegen der hohen Frequenz eine Bestimmung der Lampenleistung leider nicht möglich. Tragisch ist dies allerdings nicht, denn die wichtigsten Daten, Systemleistung und Lichtstrom, konnten gemessen werden. Insgesamt lässt sich aus den Ergebnissen Folgendes ablesen:

  • Beim EVG verändern sich weder Systemleistung noch Lichtstrom mit der speisenden Spannung. Der Prüfling gleicht also Schwankungen der Netzspannung im hier gegebenen Rahmen vollkommen aus, was normalerweise als Vorteil anzusehen ist und von EVG allgemein auch erwartet wird. Eine gezielte Beeinflussung der Leistung und damit des Lichtstroms über die Spannung scheidet jedoch aus.
  • Natürlich erweist sich das System mit EVG als das effizienteste. Jedenfalls bei Betrieb an der Nennspannung von 230 V ist dies selbstverständlich. Bei 200 V dagegen liegt das EVG Klasse A3 nur noch etwa gleich mit dem VVG Klasse B1 und sogar dem der Klasse B2, und bei 190 V schneidet das EVG schlechter ab! Somit müssten bei 190 V Betriebsspannung eigentlich das B1- und sogar das B2-Gerät als A2 klassifiziert werden, da sich der Wirkungsgrad des A3-EVG nicht verändert hat, aber bis hierhin von den beiden anderen übertroffen wurde!
  • Die Angabe vom um 4% geminderten Lichtstrom beim EVG gegenüber dem VVG bei Nennspannung (nicht unbedingt bei Nennleistung – s. nächster Punkt) findet ihre Bestätigung.
  • Die Lampen-Nennleistung stellt sich nicht unbedingt immer genau bei Nennspannung ein. Im Gegensatz zu dem alten KVG erreichen die neuen induktiven Vorschaltgeräte aller Klassen ihre Nennleistung erst deutlich oberhalb der Nennspannung. Nach allem bisher Gesagten muss eine solche Auslegung, etwa eine gezielte Ausnutzung der zulässigen Minus-Toleranz, als sinnvoll angesehen werden.
  • Die Vergleichbarkeit der elektrischen Werte mit denen der EVG ist hierdurch jedoch noch immer nicht wieder hergestellt! Der Lichtstrom liegt bei den Klassen C, B2 und B1 um 5.000 lm, beim hier geprüften EVG jedoch nur bei 4720 lm.
  • Die gemessenen VVG speisen also bei Nennspannung statt 58 W nur etwa 53,5 W in die Lampe ein, und die Lampe leuchtet selbst hiermit noch 4% heller als mit dem EVG. So muss zwecks der Objektivität, um hier nicht Äpfel mit Glüh- oder sonstigen Birnen zu vergleichen, der Lichtstrom des mit 230 V gespeisten EVG am ehesten mit den VVG-Daten verglichen werden, die sich bei der Messung mit 220 V Betriebsspannung ergaben.
  • Die Lampenleistungen lagen hierbei nur noch um 50 W – was dem Nennwert mit EVG entspricht und somit die beim EVG geringere Nennleistung relativiert und den bei Hochfrequenz besseren Wirkungsgrad in Frage stellt. Einschränkend muss hier der Vorbehalt gemacht werden, dass die Lampenleistung beim EVG nicht gemessen werden konnte. Doch unterschieden sich bei dieser Messung die Systemleistungen von VVG B1 und EVG A3 bei gleicher Helligkeit nur noch um genau 2,1 W, wenn man zwischen den Messpunkten für 220 V (4662 lm) und 230 V (4952 lm) auf die 4720 lm interpoliert, die die Lampe mit EVG erbringt.
  • Durch Umstellung von einem KVG Klasse C auf ein VVG Klasse B1 verbessert sich bei Lampen-Nennleistung die Ausbeute um 10% von 70,3 lm/W auf 77,4 lm/W, denn der Anteil der Vorschaltgeräte-Verlustleistung an der Gesamtleistung vermindert sich von 22,9% auf 15,0%. Der Mehrpreis für das VVG lohnt sich daher in fast allen Einsatzfällen; kurze Amortisationszeiten sind garantiert.
  • Umgekehrt führt Weiterbenutzung sehr alter Vorschaltgeräte mit schlechten Wirkungsgraden – und erst recht, wenn sie noch für 220 V Nennspannung dimensioniert sind – zu einer deutlichen Überlastung der Lampe mit stark überproportional ansteigenden Verlusten und reduzierter Lampen-Lebensdauer bei nur wenig erhöhtem Lichtstrom.
  • Durch Reduktion der Betriebsspannung von 230 V auf 190 V verbessert sich der Wirkungsgrad z. B. einer Leuchte mit KVG Klasse C von 73,0 lm/W auf 84,1 lm/W, also um gute 15%. Bei Verwendung des VVG Klasse B1 steigt die Ausbeute von 80,6 lm/W auf 89,1 lm/W und damit immer noch um etwa 10,6%. Die Absenkung der Spannung lohnt sich also ebenfalls, und zwar vor allem dann, wenn schlechte KVG nicht durch bessere ersetzt werden. Das soll aber keine Ausrede zum Weiterbetrieb »alter Schätzchen« darstellen, denn in der Aufrüstung von was auch immer auf VVG Klasse B1 als erstem Schritt liegt der eigentliche Fortschritt. Danach kann man als Perfektionierung über eine größere oder kleinere Absenkung der Spannung nachdenken.
Bild 7.10
Bild 7.10: Kurven von Tabelle 7.8

Die relativ große Verbesserung des Wirkungsgrads bei jeder Art von KVG und VVG schon bei bescheidener Absenkung hat hauptsächlich drei Gründe:

  • Der Kupferverlust und näherungsweise auch der Eisenverlust im Vorschaltgerät wachsen im Quadrat zum Strom. Daher fällt die Verlustleistung bei Reduzierung des Stroms überproportional (siehe Tabelle 7.6).
  • Die Lampenspannung steigt bei fallendem Lampenstrom (Bild 1.1). Daher fällt die elektrische Lampenleistung unterproportional zum Strom, während der Lampen-Wirkungsgrad leicht steigt bei gleichzeitigem drastischem Fallen der Verluste im Vorschaltgerät.
  • Deswegen fällt der Strom überproportional zur Spannungssenkung und beschleunigt die beiden anderen Effekte.

Im Mai 2000, hiervon in Kenntnis gesetzt, erweiterte die EU ihre Richtlinie um die Anmerkung, dass jede andere Maßnahme zur Verbesserung des Gesamt-Wirkungsgrads von Vorschaltgeräten und zur Förderung des Einsatzes Energie sparender Beleuchtungstechnik mit in Erwägung gezogen werden sollte.

Tabelle 7.8
Tabelle 7.8: Messungen an 5 verschiedenen Vorschaltgeräten bei unterschiedlicher Netzspannung mit derselben Lampe

In der Tat gibt es in Deutschland mindestens 10 Hersteller spezieller Geräte zum Betrieb von Leuchtstofflampen an verminderter Spannung. Die Nachrüstung in bestehenden Anlagen ist einfach, solange gesonderte Leitungen für die Beleuchtung vorhanden sind. Gelegentlich werden auch Spannungs-Reduzierer für die Allgemein-Versorgung angeboten, doch diese sind mit Vorsicht zu genießen. Viele Verbraucher reagieren hierauf gerade umgekehrt wie Leuchtstofflampen mit VVG. Glühlampen leben zwar länger, verlieren aber dramatisch an Wirkungsgrad. Drehfeldmotoren ebenso wie fast alle elektronischen Geräte, eben auch ordentliche EVG mit Konstantlicht-Regelung, nehmen bei verminderter Spannung nicht weniger, sondern mehr Strom auf. Die ohmschen Verluste im Netz und vor allem auch im Motor nehmen zu statt ab. Bei Leuchtstofflampen hingegen wird der Verlust an Beleuchtungsstärke durch Anbringen weiterer Leuchten ausgeglichen – oder einfach hingenommen, was oftmals vertretbar ist.

In einigen Fällen wird zur Reduktion nur der zulässige Toleranz-Bereich der Netzspannung von ±10% am Übergabepunkt genutzt. Andere Hersteller ziehen hiervon noch die zulässigen 3% Spannungsfall innerhalb der Anlage ab und kommen so auf 199 V. Einige gehen bis hinab auf 185 V. Eine weiter gehende Reduktion ist nicht möglich, da die Lampen – zumindest jene ohne Längs-Kompensation – einfach verlöschen. Dies stellt eine Energiespartechnik dar, keine Dimmtechnik, denn dazu ist der Helligkeits-Bereich zu klein. Eine Reihe von Zusatz-Funktionen werden angeboten, wie Spannungsregelung in Stufen oder stufenlos, Tageszeit- und Temperatur-abhängig (für Straßenbeleuchtung) und andere. Die Lampen werden immer bei voller Spannung gezündet und erst nach Erreichen ihrer Betriebstemperatur herunter gestuft. Diese Technik ließe sich auch zum Betrieb alter Anlagen mit 220 V Nennspannung an der neuen europäischen Einheitsspannung von 230 V einsetzen, vor allem da bei Überspannung der Lampen-Wirkungsgrad und die Lebensdauer fallen und die KVG-Verluste dramatisch zunehmen. Normalerweise werden aber die alten KVG ohnehin klägliche Wirkungsgrade aufweisen und sollten daher auf jeden Fall ausgetauscht werden.

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Gewährleistung

Außerdem machen die Hersteller der Spannungs-Reduziertechnik eine Lampenlebensdauer-Verlängerung von etwa 33% ... 50% geltend. Der Fachverband Elektroleuchten im ZVEI betont dagegen, es könne auch der gegenteilige Effekt eintreten, da die optimale Betriebstemperatur der Lampe nicht erreicht wird. Aus den kontroversen Stellungnahmen kann bislang nur geschlossen werden, dass dieser Punkt noch nicht geprüft worden ist. Lebensdauer-Untersuchungen langlebiger Güter dauern eben lange.

Darüber hinaus betont der ZVEI, der Unterspannungs-Betrieb, sofern die Untergrenze der Toleranz von 207 V unterschritten werde, entspräche nicht der Spezifikation und führe zum Erlöschen der Gewährleistung. Das ist richtig, doch im Wesentlichen wohl eher darauf zurück zu führen, dass die entsprechenden Werte, auch die angegebenen Kompensations-Kapazitäten, wie in Abschnitt 4 dargelegt, seit Jahrzehnten nicht mehr revidiert worden sind. Wenn die Spartechnik jedoch an einer 58-W-Lampe effektiv durch Wirkungsgrad-Verbesserungen bei Lampe und VVG zusammen 5 W einspart, so spart die Lampe in etwa 10.000 Stunden ihren kompletten Kaufpreis ein. Wenn die Lampen im Durchschnitt so lange durchhalten, können Sie getrost die Gewährleistung verlieren und haben in jedem Fall noch gewonnen. Mehr als ein ausgefallenes Leuchtmittel bzw. Betriebsgerät wird Ihnen ohnehin nicht ersetzt, wenn überhaupt, und anzunehmen, die VVG könnten wegen der Unterspannung vorzeitig ausfallen, ist gerade so absurd wie um Ihr Auto zu fürchten, weil Sie nicht dauernd Vollgas fahren.

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang allemal – und sorgt endlich auch für Klarheit – dass die Firma Aura Light seit 2012 offiziell mit einer die Lebensdauer verlängernden Wirkung rechnet und für ihre Longlife-Lampen 50.000 h Garantie gibt. Zur Voraussetzung wird der Einsatz eines Gerätes gemacht, das die Lampen bei voller Spannung zündet und erst in betriebswarmem Zustand nach einigen Minuten Aufwärmzeit die Spannung in kleinen Schritten absenkt.

Alternative Lösungen

Unter gewissen Umständen lässt sich durch andere Lösungen die gleiche Wirkung mit einem weit geringeren oder ganz ohne Aufpreis erreich

  • In einigen Leuchten lassen sich 2 kleinere Leuchtstofflampen gemeinsam in Reihenschaltung an einem VVG betreiben.
  • VVG sind auch für 240 V Nennspannung erhältlich. Diese lassen sich problemlos auch in einem 230-V-Netz einsetzen, umso eher, wenn sie mit elektronischen Startern betrieben werden. Der Strom wird etwas kleiner – mit den dadurch bedingten, beim Unterspannungs-Betrieb beschriebenen überproportionalen Einsparungen, jedoch dank der höheren Spannung besserer Stabilität. Wie früher in diesem Abschnitt dargelegt, war die in dem beschriebenen Test gemessene Helligkeit des EVG gleich derer der 230-V-VVG bei etwa 220 V, also würde ein Betrieb des VVG an 4% Unterspannung dem Einsatz des EVG viel eher entsprechen als der Einsatz eines VVG bei seiner jeweiligen Nennspannung.

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Zwischenbilanz VVG-Wirkungsgrade

Zur genaueren Untersuchung der Wirtschaftlichkeit hier noch einmal die Ergebnisse im Überblick. Dabei war die Lampe mit dem VVG Klasse B1 bei 230 V aber schon um 4,7% heller als mit EVG (bei jeglicher Spannung zwischen 190 V und 230 V). Die wahre Einbuße beträgt dort somit nicht 36,2%, sondern nur 31,5%. Es müssten also rechnerisch 46% mehr Leuchten installiert werden, um auf den gleichen Lichtstrom zu kommen. Deren Kosten müssen gegen die Ersparnis bei Energie und Lampenwechsel aufgerechnet werden. Das kann der Endkunde oder sein Auftragnehmer nur im Einzelfall konkret ausrechnen. Im Allgemeinen wird man einen Kompromiss wählen und vielleicht 20% bis 30% mehr Leuchten installieren, schon deshalb, weil wegen der besseren Verteilung eine geringere Gesamt-Lichtmenge ausreicht, doch das im Einzelfall zu berechnen ist Aufgabe des Lichtplaners.

Tabelle 7.9
Tabelle 7.9: Reduktion des Lichtstroms und der Leistungs-Aufnahme bei Betrieb an Unterspannung
Bild 7.11
Bild 7.11: Demonstrationsmodell zum direkten Vergleich

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass das menschliche Empfinden für Helligkeit, wie das für Lautstärke, logarithmisch verläuft. Anders als bei der Lautstärke aber sind die für Helligkeit eingesetzten Maß-Einheiten linear. Somit wird eine Verzehnfachung der Beleuchtungsstärke als Verdopplung empfunden, die 100-fache Helligkeit nur als dreifache, die 1.000-fache lediglich als vierfache und so weiter. Am Ende erwies sich eine Reihe von Versuchspersonen als nicht in der Lage zu beurteilen, ob bestimmte Leuchten im Moment gerade mit voller Spannung betrieben wurden oder nur mit 190 V. Eine Firma entwarf eigens für diesen Zweck ein Demonstrations-Modell mit 2 Leuchten, jede mit 2 Lampen zu je 58 W Nennleistung (in Duo-Schaltung), wobei eine Leuchte direkt mit der Netzspannung und die andere mit reduzierter Spannung 190 V oder sogar nur mit 185 V betrieben wird (Bild 7.11). So kann sich jeder Besucher selbst überzeugen: Man sieht den Unterschied in der Helligkeit auch hier kaum, wo beide Objekte gleichzeitig ins Blickfeld fallen (Bild 7.13)! Eine Ersparnis von 23,5% beim Strom kostet nur 4,8% Licht. Von dieser Ersparnis muss lediglich noch die Verlustleistung des Spannungs-Reduziergeräts (Bild 7.13) abgezogen werden, die in diesem Fall bei dem sehr kleinen, für bis zu 13 kompensierte Lampen zu je 58 W bemessenen Gerät (Bild 7.11 in der Mitte) bei 13 W liegt, also lediglich bei 1 W je Lampe.

Bild 7.12
Bild 7.12: Heller oder nicht heller, das ist hier kaum noch die Frage: Links 20520 lx bei 111 W, rechts 21560 lx bei 145 W

Was man wohl sieht, ist ein Unterschied zwischen dem induktiven und dem kapazitiven Kreis jeder Leuchte. Die Röhren scheinen einen leicht unterschiedlichen Farbton zu haben. Wenn irgendetwas nach Handlungs-Bedarf aussieht, dann dieses, nämlich die zeitgemäße Anpassung der Kapazitäts-Nennwerte für die serielle Kompensation.

Schließlich las sich die Richtlinie bei ihrer Veröffentlichung im September 2000 wie folgt:

»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.«

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Bild 7.13
Bild 7.13: Dieser unscheinbare Kasten bewirkt die bemerkenswerte Veränderung – hier die kleinste Baugröße (900 VA) für bis zu 7 Lampen 58 W ohne Kompensation bzw. bis zu 13 Lampen 58 W bei Kompensation innerhalb der Leuchte (hinter dem Gerät)

Keine Rede mehr von einem Ersatz, geschweige denn Verbot induktiver Vorschaltgeräte – und das ist auch gut so, denn wenn, dann hätte man erst einmal das Verbot der Glühlampen vorziehen müssen, um von 10 lm/W auf 80 lm/W zu kommen. Wir können hier das Bild 7.10 gern noch einmal in der Form von Bild 7.14 wiederholen, wo die Unterdrückung des Nullpunkts unterlassen und der gesamte Bereich dargestellt wurde. Dann taucht am unteren Bildrand auf einmal eine Messung von Kleinspannungs-Halogenglühlampen mit hochwertigem, verlustarmem Ringkern-Transformator auf. Erst wenn diese Leuchtmittel überall dort verschwunden sind, wo sie ersetzt werden könnten, können wir weiter debattieren, ob eine weitere Steigerung von 80 lm/W auf 86 lm/W lohnt, ob es vielleicht auch 90 lm/W sein dürfen und wie viel das kostet. In der Beleuchtungs-Industrie ist es üblich, sobald die Rede auf Vorschaltgeräte kommt, die besten EVG unter Weglassung der VVG mit den schlechtesten KVG zu vergleichen. Wir haben den Spieß umgedreht und, wie gehabt, das EVG Klasse A3 mit dem VVG Klasse B1 verglichen, und zwar nicht notwendigerweise die Nennwerte, sondern die Betriebspunkte tatsächlich gleicher Helligkeit. So kam, wie gezeigt, für eine 58-W-Lampe zwischen den beiden Techniken eine Differenz von 2,1 W heraus. Somit bedarf es einer Betriebsdauer um 3.000 Stunden, um auch nur 1 € Stromkosten einzusparen. Letztlich ist das Vorschaltgerät doch die kleinste Variable bei der Betrachtung der Energie-Effizienz in der Beleuchtungstechnik.

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Bild 7.14
Bild 7.14: Wiederholung von Bild 7.10, hier jedoch ohne unterdrückten Nullpunkt – und auf einmal taucht ganz unten im Bodensatz der Beleuchtungstechnik die Glühlampe auf

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Von der besseren Effizienz der neuen T8-Sparlampen

Gleich zwei Mal machte die Firma Philips in den letzten Jahren durch zwei neue T8-Lampenreihen auf sich aufmerksam. Bei der ersten handelte es sich ganz einfach um eine austauschkompatible Lösung mit geringerer Nennleistung, geeignet für Leuchten mit VVG ebenso wie mit EVG – was sich aber dann als so einfach auch wieder nicht erwies. Die zweite stellt eine ausschließlich für VVG geeignete Lösung dar, bei der der Starter gegen ein ganz besonderes Modell ausgewechselt werden muss.

Fallbeispiel 1

Bild 7.15
Bild 7.15: Zur Senkung der Lampenleistung an einem gegebenen VVG muss die Impedanz der Lampe gesenkt werden

Vor einiger Zeit erschien auf dem Markt eine Typenreihe von T8-Lampen mit verminderter Nennleistung von z. B. nur 51 W statt 58 W für die 1,5 m lange Lampe. Laut Erklärung des Herstellers sind diese Lampen gegen die üblichen T8-Lampen voll austauschkompatibel, ohne ein Vorschaltgerät ersetzen zu müssen, ob nun in einer bestehenden Leuchte elektronische oder induktive vorhanden sind. Mancher Kunde fragt sich nun und erkundigt sich, ob er hiermit wirklich Energie einsparen kann. Nun, das kommt darauf an, wie man es nimmt und was man erwartet. Um an einem vorhandenen VVG die Lampenleistung senken zu können, muss man also die Impedanz der Lampe verändern, denn das VVG ändert sich nicht. Entspricht es auch keinesfalls den Tatsachen, wenn man als ersten Ansatz die Lampe als ohmschen Verbraucher betrachtet, so kommt es doch wenigstens ungefähr hin, sie als reine Wirklast zu anzusehen, während das VVG eine fast reine Induktivität darstellt. Die Reihenschaltung der beiden Bauteile, des fixen, passiven VVG und der Lampe (hier also als ohmsch betrachtet – siehe Bild 7.15) lässt theoretisch zwei Werte der Lampen-Impedanz zu, bei denen sich jeweils die Lampen-Nennleistung ergibt. Der Arbeitspunkt der herkömmlichen 58-W-Lampe liegt bei dem niedrigeren der beiden Impedanzwerte. Zum Übergang auf 51 W muss man die Impedanz noch weiter absenken. Leider bedingt dies einen stärkeren Strom, während die Verluste in einem VVG im Quadrat zum Strom steigen. Somit geht eine leichte Reduktion der Lampenleistung mit einem steilen Anstieg der Verlustleistung einher, was beiderseits am System-Wirkungsgrad nagt (niedrigere Lampenleistung und höhere Verlustleistung). Zwar wäre es lukrativ, den oberen Impedanzpunkt zum Betriebspunkt der Lampe zu machen, doch ist dies leider physikalisch nicht möglich. Eine Leuchtstofflampe mit einer Brennspannung von mehr als etwa der halben Netzspannung lässt sich an eben dieser Netzspannung nicht mehr starten.

Tabelle 7.10
Tabelle 7.10: Messungen an einer T8-Lampe 51 W mit induktivem und elektronischem Vorschaltgerät

Alles wäre nicht so schlimm, wenn zum Ausgleich der höheren VVG-Verluste die Lampe selbst eine deutlich höhere Effizienz aufwiese, doch wie eine weitere Messung (Tabelle 7.10) zeigte, ist dies leider nicht der Fall. Tatsächlich ist der Wirkungsgrad dieser Lampe nämlich sogar schlechter – und damit erst recht der System-Wirkungsgrad. Zwar ist die absolute elektrische Leistung niedriger, doch erkauft man sich eine kleinere Ersparnis bei der Stromrechnung mit einer größeren Einbuße an der Lichtleistung.

Am EVG sieht die Bilanz deutlich besser aus. Die System-Wirkungsgrade sind dann wenigstens gleich. Somit ist der Unterschied zwischen VVG- und EVG-Betrieb bei dieser Lampe deutlich größer als bei Standardtypen. Dennoch lautet die Bilanz: Kann man sich den Verzicht auf etwas Helligkeit leisten, liegt die beste Lösung in VVG, T8-Standardlampen und einem Spannungs-Absenkgerät. Dies bietet eine relativ große Ersparnis bei der Stromrechnung bei nur einer kleinen Einbuße an der Lichtleistung.

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Fallbeispiel 2

Bild 7.16
Bild 7.16: Speziallampe

Als nächstes erschien rechtzeitig zur großen, maßgeblichen Branchenmesse Light & Building 2010 in Frankfurt am Main eine weitere Neuerung desselben Herstellers, wiederum eine austauschkompatible T8-Lampe, die dieses Mal die Nenn-Leistungsaufnahme von 58 W sogar auf 37 W senkte (Bild 7.16).

Die Lampe wird unter dem klangvollen Namen »Power Saver Set«, wie die Bezeichnung »set« schon sagt, nur zusammen mit einem besonderen elektronischen Starter (Bild 7.17) verkauft und ist daher nur zum Einsatz in Leuchten mit VVG geeignet. Dabei handelt es sich nicht um den bereits – wenn auch noch viel zu wenig – bekannten elektronischen Starter (s. Abschnitt 1.1), sondern um eine Spezialversion hiervon.

Doch wie ist es möglich, dass ein Starter, der im Stromkreis parallel zur Lampe angeordnet ist und normalerweise im Betrieb der Lampe keinen Strom durchlässt, die Wirkleistungs-Aufnahme des gesamten Systems senkt? Kann sich doch dieser spezielle Starter von jedem anderen nur dadurch unterscheiden, dass er eben doch – auch nach dem Start noch – Strom leitet. Dass ein wie auch immer geartetes »Kraftwerk« darin eingebaut ist, war eher nicht anzunehmen, doch eine einfache Messung (Bild 7.18) brachte es an den Tag:

Bild 7.17
Bild 7.17: Spezialstarter zur Speziallampe

Beim Einschalten der Lampe mit dem Spezialstarter und einem handelsüblichen VVG der Effizienzklasse B1 beobachtet man zunächst noch gar nichts. Der Starter arbeitet wie ein »gewöhnlicher« elektronischer Starter und zündet die Lampe nach optimaler Vorglühzeit im optimalen Zeitpunkt der Phase (am Stromscheitel) ohne wiederholtes Blitzen, Blinken und Flackern. Die Leistungsaufnahme hält sich im üblichen Bereich, und die Stromkurve sieht auch recht vertraut aus. Dann, nach einer Minute, fängt die Wirkleistung an zu sinken. Nach zwei Minuten stabilisiert sie sich bei etwa 46 W (Bild 7.19). An der Kurvenform des Stroms fällt noch immer nichts auf.

Erst wenn man sich den Strom im Starter einzeln ansieht (Bild 7.19 Mitte und Bild 7.20), kommt man dahinter: In den Spezialstarter wurde eine Phasen-Anschnittsteuerung integriert, die nach einer Minute anfängt, Strom an der Lampe vorbei fließen zu lassen und diesen Strom nach zwei Minuten auf etwa 240 mA stabilisiert (Bild 7.21). Wenn man den Starter bei brennender Lampe heraus nimmt, steigt die Lampenleistung wieder auf »handelsübliche« Werte – und die Helligkeit sogar darüber hinaus (s. u.). Nach erneutem Einsetzen des Starters setzt der Vorgang nach einer Minute wieder ein (Bild 7.19, 28-1 bis 28-3).

Dabei kann der Phasen-Anschnitt einen kleinen Symmetriefehler aufweisen: Der Gesamtstrom enthielt bei der vorliegenden Messung einen Gleichstrom-Anteil von etwa 60 mA oder 11% (Bild 7.19, 22-4), der nicht aus dem Netz stammt, denn in der Netzspannung ist davon nichts zu finden (Bild 7.19, 22-3). Das Licht flackert jetzt, denn die beiden Halbschwingungen des Lampenstroms sind unterschiedlich groß. Austausch der Lampe oder des Starters gegen ein anderes Exemplar, Umdrehen desselben Exemplars oder Ausschalten und Neustart hilft manchmal, um das Flackern zu beenden, meist aber nicht.

Bild 7.18
Bild 7.18: Prüfschaltung »Power Saver Set« Master TL-D 58 W → 37 W

Die versprochene Reduktion der Lampenleistung hingegen wird eingehalten. Die in Bild 7.19, 22-4, angezeigte Leistung ist zwar nicht die Systemleistung, sondern ein Fantasiewert, da hier der Lampenstrom allein gemessen und nicht mit der zugehörigen Lampenspannung, sondern mit der Gesamtspannung multipliziert wurde (s. Schaltskizze in Bild 7.19, Teilbild 29-4). Weitere Messungen aus einem Lichtlabor (Tabelle 7.11) brachten es aber an den Tag:

  • Diese Speziallampe ist an sich schon besser, Spezialstarter hin oder her, aber ohne diesen erreicht sie eine Helligkeit von 5648 lm und einen beachtlichen System-Wirkungsgrad von 90,3 lm/W. Dem gegenüber hatten frühere Messungen (s. Abschnitt 7.5) an einer 58-W-Standard-Lampe mit demselben VVG 4952 lm und 80,6 lm/W ergeben (Tabelle 7.11 oben).
  • Die Leistungsaufnahme der Lampe liegt bei Nennspannung deutlich unter 58 W, ähnlich wie in der früheren Messung beobachtet.
  • Auch die Verlustleistung im VVG der Effizienzklasse B1 ist in beiden Fällen mit etwa 8 W nahezu gleich.

Dann geht es nach dem gleichen Prinzip weiter wie im Abschnitt über die 51-W-Lampe beschrieben:

  • Der Gebrauch des Spezialstarters reduziert die Leistungsaufnahme des gesamten Systems von 62,5 W auf 43,9 W. Das ist kein Pappenstiel; entspricht dies doch immerhin einer Einsparung von nahezu 30%!
  • Der Lichtstrom fällt aber gleichzeitig von 5648 lm auf 3761 lm, also um 33,4%. Damit sinkt die Effizienz von 90,3 lm/W auf 85,6 lm/W. Man verliert also wiederum mehr Licht als man am Strom einspart.

Was läge da näher, als die neue, verbesserte Lampe ohne den Starter (mit einem »gewöhnlichen« elektronischen Starter), aber mit einer Spannungs-Absenk-Anlage zu betreiben? Denn diese Technik hat bekanntlich die Auswirkung, dass der Gesamt-Wirkungsgrad des Systems nicht fällt, sondern vielmehr steigt! Eine weitere Messung zeigt auch dies:

  • Senkt man die Spannung beim Betrieb ohne Spezialstarter auf genau 192,8 V ab, so entspricht die Helligkeit genau derer beim Betrieb mit Spezialstarter an Nennspannung. Dabei erreicht das System den traumhaften Wirkungsgrad von 97,6 lm/W!
  • Der Wirkungsgrad der für sich allein betrachteten Lampe steigt sogar auf über 105 lm/W an!
  • Die Leistungsaufnahme des gesamten Systems beträgt jetzt nur noch 38,5 W. Das entspräche dem Betrieb der 37-W-Lampe an Nennspannung mit dem Spezialstarter, wenn der Verlust im VVG nur noch 1,5 W betrüge. Tatsächlich liegt die Verlustleistung in dieser Betriebsart um 6 W.
  • Dies entspricht einer Einsparung von 37% gegenüber einem »normalen« System an »normaler« Spannung, also nur 63% der Leistungsaufnahme bei immerhin 76% der »normalen« Helligkeit.
Bild 7.19
Bild 7.19: Messungen am System aus VVG Kl. B1, Speziallampe 37 W und Spezialstarter – oben der Gesamtstrom, in der Mitte der Teilstrom im Starter und unten der Teilstrom in der Lampe

Nun bleibt noch zu klären, wie es sein kann, dass der VVG-Strom, der den Gesamtstrom des Systems darstellt, von 597 mA auf 512 mA sinkt, wenn man (wohlgemerkt bei konstanter Speisespannung) durch den Phasen-Anschnitt einen zusätzlichen Stromfluss parallel zur Lampe ermöglicht. Tatsächlich sinkt hierdurch nicht nur die Wirkleistung, sondern auch die gesamte aufgenommene Scheinleistung des Systems fällt von 137 VA auf 118 VA, die Blindleistung von 122 var auf 109 var und die Verlustleistung im VVG folglich von 8 W auf 6 W. Das hat diese Technik der eingangs erwähnten Lösung mit der 51-W-Lampe voraus, bei der die Verlustleistung im VVG nicht fiel, sondern stieg. Dazu muss man Folgendes berücksichtigen:

Tabelle 7.11
Tabelle 7.11: Übersicht der weiteren Messungen
Bild 7.20
Bild 7.20: Kurvenformen der Ströme in der Lampe, im Starter und insgesamt im eingeschwungenen Zustand

Der Gesamtstrom wird stärker durch das VVG als durch die beiden anderen Elemente bestimmt, ist also stark induktiv. Der Anschnittwinkel nimmt keine großen Werte an und fängt »von vorne« an zu schneiden, lässt also Strom ausschließlich in der zweiten Hälfte jeder Halbschwingung der Spannung und damit in einem Bereich fließen, in dem er die umgekehrte Polarität hat wie die Netzspannung. Dies stellt den »blinden« Anteil des Stroms dar. Dadurch, dass der »Dimmer« in diesem Zeitabschnitt die Last kurzschließt, kann der Strom etwas mehr »Schwung« nehmen. Zunächst würde man vermuten, dass hierdurch der Blindstrom-Anteil stärker steigt als der Wirk-Anteil fällt, so dass der Gesamtstrom stiege. Dies ist jedoch nicht der Fall, wie man sieht, da sich nun der Nulldurchgang des Stroms noch etwas mehr nach hinten (in Bild 7.20 nach rechts) verschiebt als er auf Grund der stark induktiven Last ohnehin schon ist. Dadurch verlängert sich die Zeitspanne, in der der jetzt »falsch herum« fließende Strom von der anliegenden Netzspannung wieder herunter gebremst wird. Der Vorzeichenwechsel (Nulldurchgang) des Stroms, von wo an er wieder »Schwung nimmt«, verzögert sich noch mehr als es ohnehin schon der Fall ist. Dadurch kann kein so hoher Scheitelwert mehr erreicht werden, und der Effektivwert des Stroms fällt – zunächst unerwartet, aber letztlich doch logisch.

Bild 7.21
Bild 7.21: Einlauf-Vorgang an kalter Lampe bis zur Stabilisierung des Phasen-Anschnitts

So, und nun drängt sich noch die Frage auf: Warum wird diese Lampe nur zusammen mit dem Spezial-Dimmerstarter verkauft? Warum kann man die deutlich bessere Lampe nicht auch einzeln beziehen und betreiben? Liefert sie im reinen Austausch gegen konventionelle Lampen schon mehr Licht, so könnte sie zusammen mit einer Spannungs-Absenkung fantastische Wirkungsgrade entwickeln. Bescheidet man sich mit einer Spannungs-Absenkung im Bereich der zulässigen Toleranz von -10%, also mindestens 207 V, so erhält man etwa das gleiche Licht wie mit Standardlampen an Nennspannung – aber bei etwa 15% weniger Leistungsaufnahme. Hiervon entfallen 12% auf die bessere Lampe und 3% auf den bei Unterspannung besseren System-Wirkungsgrad.

Der »Dimmerstarter« dagegen senkt zwar die Leistungsaufnahme, aber leider auch den Wirkungsgrad. Bei 70,3% der elektrischen Leistung liefert er nur 66,6% der Helligkeit. Das Attraktive an der Lösung mit dem Spezialstarter ist, ebenso wie zuvor schon bei der 51-W-Lampe, dass diese Sparmaßnahme sich nahezu ohne Investitionskosten durchführen lässt. Diese beiden Techniken zielen allein auf den Ersatzmarkt. Man muss nur bei einem ohnehin fälligen Lampenwechsel auf ein teureres Modell umstellen, und der Starter muss in der Regel ohnehin gewechselt werden, wenn eine neue Lampe fällig ist. Das muss er nach der Umstellung dann nie wieder. Doch von nichts kommt eben nichts. Will man nicht gleichzeitig mit dem Verbrauch die Effizienz senken, so bedarf es zusätzlich einer Spannungs-Absenk-Anlage. Dann allerdings werden in der Tat Wirkungsgrade erreicht, die Ihresgleichen suchen, im Neubau wie im Bestand – und das mit einer Technik, die nur ein Mal Geld kostet und danach an Robustheit und Langlebigkeit kaum zu überbieten ist.

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Fallbeispiel 3

Bild 7.22
Bild 7.22: Der programmierte »Smart Starter« von Philips

Im Jahr 2012 stellte Philips seine dritte Neuheit auf diesem Gebiet vor, dieses Mal lediglich einen Starter, den so genannten Smart Starter, zum Betrieb mit jeder T8-Leuchtstofflampe zwischen 32 W und 58 W und VVG geeignet. Es handelt sich natürlich um einen elektronischen Starter, jedoch programmiert auf bestimmte Zeiten, standardmäßig wochentags 8 Uhr bis 18 Uhr. Zu diesen Zeiten ist die betreffende Lampe eingeschaltet, die restliche Woche wird sie automatisch ausgeschaltet. Andere Zeiten sind auf Anfrage verfügbar, ein Zusatzgerät zur flexiblen Programmierung am Einsatzort soll bei Bedarf angeboten werden. Ein Muster wurde beschafft (Bild 7.22) und geprüft. Die eingebaute Uhr erwies sich als äußerst genau, und der Starter weist keinen messbaren Ruhe- oder Eigenverbrauch auf (Bild 7.23).

Bild 7.23
Bild 7.23: Messung des »Smart Starters« von Philips, 5 Minuten vor der Abschaltzeit um 18 Uhr in Betrieb gesetzt

Er ist mit einer internen Langzeit-Batterie ausgestattet. Sollte die freie Programmierbarkeit kommen, könnte dies eine wirklich einfache und nützliche Technik darstellen, um in bestimmten Anwendungsfällen erhebliche anteilige Energie-Einsparungen zu bewirken. Die Amortisationszeiten sind entsprechend kurz. Das Bauteil ist auf Verkaufsstätten und hier insbesondere auf Kühltruhen ausgerichtet, wo oftmals das Licht durchgehend brennt, da ein separater Lichtschalter fehlt, was zusätzlich zum überflüssigen Stromverbrauch und Verschleiß der betreffenden Lampen auch noch die Kühllast beträchtlich erhöht. Ein wünschenswertes Leistungsmerkmal bestünde für zukünftige Ausführungen in einer Speisung der Uhr durch die Netzspannung, die schließlich ständig anliegt, und sollte dies nicht gegeben sein, könnte ein Superkondensator für Abhilfe sorgen.

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Von der besseren Effizienz der T5-Lampen

In Berichten über neu errichtete Beleuchtungs-Anlagen und über Renovierungen von Beleuchtungen werden stets die »neuen effizienteren T5-Lampen« zitiert, gerade so, als verstünde es sich von selbst, dass eine T5-Lampe einen besseren Wirkungsgrad aufweist als eine T8-Lampe. Allein ein Blick auf die Katalogdaten zeigt jedoch schon, dass dies, wenn überhaupt, dann allenfalls für die auf besten Wirkungsgrad optimierte Typenreihe T5HE (»High Efficiency«) zutrifft. Die der auf höchste Leistung getrimmten Reihe T5HO (»High Output«) schneiden deutlich schlechter ab als eine gewöhnliche Dreibanden-T8-Lampe (Tabelle 7.12).

Tabelle 7.12
Tabelle 7.12: Effizienz-Vergleich T5-HE-Lampen, T5-HO-Lampen und T8-Lampen

Beim EVG bleibt die Leistungs-Aufnahme unabhängig von der Netzspannung konstant, während sich die Leistungs-Aufnahme eines induktiven Systems natürlich stark mit der Spannung verändert. So lässt sich ein Punkt finden (bei 217 V), an dem die Leistung einer 58-W-T8-Lampe gerade 49 W beträgt und somit der Nennleistung einer verfügbaren T5-Lampe mit einem Nenn-Lichtstrom von ≈4300 lm entspricht. An diesem Punkt jedoch, nämlich gleicher Lampenleistung im T8- und im T5-System, beträgt der Lichtstrom der T8-Lampe bereits ≈4600 lm – und dies, obwohl sie hier an einem VVG mit Netzfrequenz betrieben wurde, während die T5-Lampe natürlich bestimmungsgemäß mit Hochfrequenz gespeist wurde. Dies lässt an der praktischen Auswirkung des theoretischen Vorteils bei Hochfrequenz ernste Zweifel aufkommen. Oder an der »effizienteren T5-Lampe«. Oder an beidem.

Tabelle 7.13
Tabelle 7.13: Werte und Klassen stabförmiger T5-Leuchtstofflampen mit Vorschaltgeräten (Werte für Klassen B, C, D fehlen hier, da diese Lampen nur zum Betrieb an EVG ausgewiesen sind)
Bild 7.24
Bild 7.24: VVG für T5-Lampen – hier noch als Prototypen (mit Papier-Etiketten), jetzt ab Lager lieferbar

Auf Grund der schon erwähnten Merkwürdigkeit, dass die Richtlinie einem EVG höhere Verluste zugestand als einem VVG, darf z. B. eine T5-Lampe von 54 W in Klasse A3 eine Systemleistung von 63 W aufweisen (Tabelle 7.13), entsprechend einem Verlust-Anteil von 14,3%, während das VVG-System Klasse B1 mit 58-W-Lampe – formal und ganz offiziell – 64 W nicht überschreiten darf und damit auf 9,4% Verlust-Anteil begrenzt ist (Tabelle 7.2). Dort wurde jedoch auch erwähnt, dass man in der Praxis nur eine Lampenleistung von 53,5 W bis 54,5 W vorfindet und dass letztlich die Systemleistung entscheidend ist und nicht deren Aufteilung. Wie auch immer – die T5-Lampe trifft hier bei der Erfüllung der in sie gesetzten Erwartung, den Wirkungsgrad eines guten T8-Systems zu überbieten, auf eine echte Herausforderung. Dennoch führt die Tatsache, dass die eine Lampe ihren Nenn-Lichtstrom mehr oder weniger bei ihrer Nennleistung erreicht, die andere aber weit darunter, zur Berechnung unstimmiger Amortisationszeiten. Leider wird dies nie entdeckt, da der Stromverbrauch nicht separat erfasst wird und da eine Umrüstung stets nur von einem veralteten, in jeder Hinsicht unzureichenden System auf ein neues, fortschrittliches erfolgt, niemals z. B. von einem optimierten, modernen VVG-System auf ein optimiertes, modernes EVG-System. Die Energie-Ersparnis bleibt damit eine Frage des Glaubens und des Vertrauens auf den Planer und dessen Vorgaben.

Tabelle 7.14
Tabelle 7.14: Messwerte an T5HE-Lampen 35 W mit EVG und VVG

Letztlich ist es auch gar nicht zutreffend, dass sich T5-Lampen nur mit EVG betreiben lassen. Dafür sind sie zwar gedacht, funktionieren aber auch mit 50 Hz am VVG. Entsprechend brachte ein großer Hersteller auch VVG für eine Reihe von T5-Lampen auf den Markt (Bild 7.24). Eine Firma in Ungarn ließ die Probe aufs Exempel machen und eine Reihe von T5-Systemen mit diesen VVG an einer Hochschule messen (Tabelle 7.14).

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Von der besseren Effizienz durch Hochfrequenz-Betrieb

Mehrfach wurde bis hierhin schon erwähnt, dass für die bessere Licht-Ausbeute am EVG u. a. die hohe Betriebsfrequenz der Lampe verantwortlich gemacht wird. Diesen Effekt gibt es in der Tat. Schwierig wird es jedoch, wenn man versucht, ihn zu quantifizieren. Er wird daher in den Publikationen der Hersteller mutig mit 10% bis 15% angegeben. Prof. Ron Hui vom Imperial College London und der Universität Hong Kong mochte dies auch nicht so recht glauben, besorgte sich 20 Muster T5-Lampen 28 W von Osram und 20 Stück von Philips und maß. Im Durchschnitt wurde bei Hochfrequenz (gegenüber 50-Hz-Betrieb an einem neu entwickelten VVG für T5-Lampen) eine Verbesserung der Effizienz von nur 3,6% festgestellt.

Dagegen hilft nicht einmal mehr der ominöse »Ballast lumen factor (BLF)«, der Faktor von 0,95, der aus Gründen, die keiner der Lichtfachleute wirklich erklären kann (oder will?), dem Lichtstrom einer Lampe bei der Prüfung mit VVG hinzu gefügt wird. Bei der Messung mit EVG ist der BLF = 1. So wird zwar dem VVG normgemäß 5% seiner Effizienz entzogen, aber auch das reicht nicht, um seine Vorteile »wegzumessen«. Die Firma, die für die EU die Untersuchungen des Marktes durchführte und entsprechende, sehr ausführliche Berichte erstellte, stellte hierin folgerichtig fest: »Hierdurch findet eine Unterbewertung induktiver Vorschaltgeräte statt.«

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Von der besseren Effizienz durch Dimmung

Bild 7.25
Bild 7.25: Lichtströme verschiedener Systeme mit Leuchtstofflampen T5 und T8, aufgetragen über der absoluten Systemleistung

Wenn man Energie sparen möchte, wird man also versuchen, die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit vom Tageslicht automatisch herab zu setzen. Wie im Abschnitt über die Effizienzpotenziale von VVG zu erfahren war, lässt sich durch die Reduktion der Betriebsspannung zwar Energie sparen, jedoch lässt sich die Helligkeit nicht so weit senken, dass man von einer »Dimmtechnik« sprechen könnte, also wird man es mit dimmbaren EVG versuchen. Es stellte sich aber auch hierbei wieder die Frage, wie weit das Sparpotenzial denn reicht. Bei einem unabhängigen, akkreditierten Lichtlabor wurden in Ergänzung zu den in Abschnitt über die Effizienzpotenziale von VVG beschriebenen Untersuchungen vom Deutschen Kupferinstitut und der Firma M&R Multitronik Messungen in Auftrag gegeben, um die prinzipiellen Potenziale zweier verschiedener Energiespar-Methoden in der Beleuchtungstechnik besser abschätzen zu können. Dabei wurden, um zu objektiven, vergleichbaren Ergebnissen zu gelangen, 2 handelsübliche Dreibanden-Lampen in der größten verfügbaren Länge (1449 mm), Lichtfarbe 840, und der kleinsten verfügbaren Leistung dieser Größe (T5HE, 35 W) gewählt, dazu ein Doppel-EVG 2*35 W, da sich bereits in Abschnitt über die Verluste kleiner Lampen zeigte, dass ein Doppel-EVG im Allgemeinen weniger Verlustleistung aufweist als 2 einzelne EVG.

Dieser günstigste aller denkbaren Fälle sollte dem günstigsten VVG-System gegenüber gestellt werden. Die zuvor genannten T8-Lampen waren gemäß Norm (IEC 60081 Beiblatt C:1997) bei 25°C Umgebungstemperatur gemessen worden, wobei sie in der Regel ihren besten Wirkungsgrad entwickeln. Die T5-Lampen wurden zusätzlich, abweichend von der Norm, bei einer Umgebungstemperatur von 35°C gemessen, da sie aus guten Gründen auf diese Umgebungstemperatur optimiert sind.

Die Ergebnisse sind zusammenfassend in Bild 7.25 dargestellt, wo die Lichtleistung der Systeme über der jeweiligen elektrischen Leistungs-Aufnahme aufgetragen wurde. Außerdem wurde in das Diagramm eine Gerade eingetragen, die eine konstante Effizienz von η

  • Die Effizienz eines jeden T8-Systems nimmt beim Drosseln der Leistung zu. Tendenziell liegen die Werte im unteren Leistungsbereich oberhalb der »Leitlinie«, während sie nach oben hin darunter fallen und insbesondere bei Überlast-Betrieb stark verflachen.
  • Die T5-Lampen weisen das umgekehrte Verhalten auf: Die Effizienz nimmt beim Dimmen ab. Tendenziell liegen die Werte im oberen Bereich oberhalb, im unteren Bereich unterhalb der »Leitlinie«.
  • Die bei 35°C gegenüber 25°C bessere Effizienz der T5-Lampen ist deutlich zu erkennen.
Bild 7.26
Bild 7.26: Effizienzen verschiedener Systeme mit Leuchtstofflampen T5 und T8, aufgetragen über der relativen Systemleistung

Leider jedoch ist diese Art der Darstellung für einen direkten Vergleich der Systeme wenig geeignet, da es keine T5-Lampen und T8-Lampen mit jeweils gleichen Nennleistungen gibt. Es wurde daher eine andere Methode gesucht und gefunden, indem die Lichtausbeute nun über der relativen Systemleistung aufgetragen wurde (Bild 7.23). In dieser Darstellung sollte ein direkter Vergleich der unterschiedlichen Systeme bei Beachtung der nachfolgenden Erläuterungen möglich sein:

  • Unter der relativen Systemleistung ist bei den T8-Systemen das Verhältnis der im jeweiligen Punkt gemessenen Leistungs-Aufnahme zu der bei Nennspannung gemessenen Leistungs-Aufnahme desselben Systems zu verstehen (so liegt der Bezugspunkt z. B. des KVG EEI = C bei 69 W, des VVG EEI = B1 bei 61,4 W, was den System-Messwerten bei 230 V entspricht).
  • Beim T5-System ist hierunter das Verhältnis der im jeweiligen Punkt gemessenen Leistungs-Aufnahme zu der im ungedimmten Zustand gemessenen Leistungs-Aufnahme zu verstehen.
  • Gemäß der Richtlinie 245/2009 muss ein EVG der Effizienzklasse EEI = A1 mindestens bis 10% des Lichtstroms (also um ≥90%) dimmbar sein, muss im ungedimmten Zustand der Effizienzklasse A3 entsprechen und darf bei 25% des Nenn-Lichtstroms nicht mehr als 50% der Nennleistung (also derer der Klasse A3) aufnehmen. In strichpunktierten Linien ist diese Anforderung im Diagramm einmal für Messung bei 25°C und einmal bei 35°C zur Orientierung mit aufgenommen.
  • Das ebenfalls in die Messreihen aufgenommene nicht dimmbare EVG lässt sich hier in dieser Form nicht darstellen, da seine Leistungs-Aufnahme (ebenso wie der Lichtstrom) konstant bleibt, auch bei Veränderungen der Eingangsspannung, denn EVG sind (üblicherweise) mit einer Regel-Elektronik ausgestattet, die Spannungsschwankungen ausgleicht. Dies ist im praktischen Betrieb vorteilhaft, da Spannungsschwankungen dann nicht zu flackerndem Licht führen, schließt aber auch aus, dass man die Leistung von EVG bewusst über die speisende Spannung steuert.

Somit ermöglicht die Darstellung die folgenden Beobachtungen:

  • Das gemessene T5-System übertrifft die Mindest-Anforderungen bei weitem.
  • Man sieht jetzt noch deutlicher, dass die Effizienz der T8-Systeme beim Drosseln der Leistung zunimmt (und bei Überlast unverhältnismäßig stark abfällt), die Effizienz des T5-Systems jedoch bei voller Last am besten ist und beim Dimmen abfällt.
  • Bei voller Last und 25°C Umgebungstemperatur ist das T5-System etwa gleich gut wie das beste T8-System (EEI = B1).
  • Bei voller Last und 35°C Umgebungstemperatur ist das T5-System um ≈10% effizienter als das beste T8-System (EEI = B1) bei 25°C.
  • Bei Reduktion bzw. Dimmung auf ≈75% (hier der jeweils bei 230 V bzw. ungedimmt gemessenen elektrischen Leistung, nicht des Lichtstroms) ist die Effizienz des besten T8-Systems etwa gleich der des T5-Systems bei 35°C.
  • Bei Reduktion bzw. Dimmung auf ≈60% fällt das T5-System auch hinter ein T8-System mit einem uralten KVG EEI = D zurück, das ≈1986 aus einer Schrottkiste geborgen wurde.

Bei Reduktion auf ≈50% endet der mögliche Anwendungsbereich der Spannungs-Absenktechnik. Die Lampen verlöschen sonst vollständig. Weiter gehende Dimmung ist nur mit dimmbarem EVG möglich.

Bild 7.27
Bild 7.27: Verhalten eines dimmbaren EVG gemäß Hersteller-Angaben

Dies erlaubt die folgenden Schlüsse:

  • Das Energiespar-Potenzial dimmbarer EVG ist recht begrenzt. Wer Energie sparen will, setzt sinnvollerweise auf eine Kombination aus Spannungs-Absenktechnik und anschließender gruppierter Abschaltung (z. B. von der Gangseite zur Fensterseite hin) nach Ausschöpfung des (begrenzten) Absenk-Potenzials – möglichst unter Einsatz einer Technik, die ohne Leerlauf- und Bereitschafts-Verbrauch auskommt und unter Verwendung elektronischer Starter, die bei häufiger erfolgenden automatischen Schaltungen sowohl die Lampen als auch die Nerven der Beschäftigten schonen.
  • Die Spannungs-Reduziertechnik ist kein Ersatz für Dimmung. Wer dimmen will, muss dimmbare EVG einsetzen. Alle Techniken zur Dimmung von KVG, die es jemals gegeben hat, sind aus heutiger Sicht und auf dem Hintergrund heute verfügbarer Technik »Murks« und kommen zur Anwendung in neuen Anlagen nicht mehr in Betracht.

Die im Abschnitt über die bessere Effizienz durch HF dargestellten Schlussfolgerungen berücksichtigen noch nicht den folgenden Umstand:

Dimmbetrieb von Leuchtstofflampen ist Kathoden-Dauerheizbetrieb. Die Stellung »Licht aus«, in der »nur« noch der Bereitschafts-Verbrauch des EVG verbleibt, ist technisch nicht identisch mit der »Dimmstufe 0«, in der zwar kein Licht mehr erzeugt, aber weiter geheizt wird (Bild 7.27). Er wird jedoch leicht hiermit verwechselt. Das Licht ist schließlich allemal aus. Sofern nur der Tageslicht-Sensor auf diese Art regelnd auf das EVG einwirkt, ansonsten aber dafür Sorge getragen wird, dass z. B. in einem Büro nach Feierabend und am Wochenende die Beleuchtung anderweitig abgeschaltet wird, ist das noch nicht so tragisch. Die Versorgungsspannung z. B. über Zeitschaltuhren komplett abzuschalten hat sich jedoch nicht bewährt. Schließlich kommen später noch die Reinigungskräfte, wobei niemand so genau weiß, wie spät, und irgendjemand arbeitet doch einmal noch länger oder am Samstag – meist der Chef selbst. Wenn dann das Licht ausgeht, gibt es Ärger, und das passiert nur ein Mal. Der Hausmeister, der sich den Ärger anhören muss, aber andererseits die Stromrechnung nicht bezahlt, wird die Zeitschaltuhr umgehend sabotieren. So verbleiben die Leuchten dauerhaft in »Dimmstufe 0«, wann immer das Licht »aus« ist. Dies sabotiert die zu Grunde liegenden Bemühungen um die Energie-Einsparung und die bei der Planung durchgeführten Amortisationsrechnungen. In löblichen Ausnahmen werden diese Umstände im Vorhinein berücksichtigt und die Anlage entsprechend installiert, so dass dem Betreiber nicht nachts »durch das Netz geht«, was er am Tage eingespart hat. Das ist etwa dann der Fall, wenn ein Helligkeitssensor und ein Präsenzmelder zwar zusammen am »Projekt Dimmung« arbeiten, aber nur der Helligkeitssensor wirklich dimmt, der Präsenzmelder hingegen das Signal »Lampe abschalten« (einschließlich Kathodenheizung) abgibt. Danach verbleibt lediglich der Leerlauf-Verbrauch des EVG, der laut Verordnung 1 W, ab 2012 nur noch 0,5 W, nicht überschreiten darf, was den Schaden begrenzt.

Als Nach-Installation wird zudem jeder Sensor und jeder Aktuator eines solchen Überwachungssystems seine eigene Stromversorgung aus dem Netz benötigen. Der Netto-Gleichstrombedarf eines jeden solchen Geräts mag nur einige wenige Milliwatt betragen, doch wird jeweils ein Netzgerät einschließlich Netztransformator benötigt. Die kleinsten wirtschaftlich herstellbaren Transformatoren haben jedoch eine Nennleistung um 1 VA und eine Leerlauf-Verlustleistung um 1 W. Der Last-Verlust ist bei solch niedriger Auslastung vernachlässigbar – doch bildet die Vielzahl solcher Netzgeräte den Haupt-Bestandteil dieses Bereitschafts-Verbrauchs der gesamten Beleuchtungs-Anlage. Fortschrittliche Steuerungssysteme, deren Nach-Installation sich einfach und nicht zu teuer gestaltet, wenn die Leitungen oder zumindest entsprechende Leerrohre während der Bauphase bereits vorgesehen wurden, arbeiten mit einem einzigen, zentral angeordneten Netzgerät und einer gemeinsamen Leitung für die Signale und die Gleichstrom-Verteilung. Diese Technik birgt das Potenzial einer Senkung des Leerlauf-Verbrauchs auf einen Bruchteil. Der fortwährende Strom-Bedarf auch zu Zeiten ohne Licht-Bedarf bleibt aber prinzipiell immer erhalten. Daher muss in jedem einzelnen Fall beurteilt werden, ob nicht der Einsatz fortschrittlicher VVG zusammen mit einer weniger komplizierten Spartechnik, die beispielsweise die gesamte Beleuchtung oder einzelne Gruppen von Leuchten ganz abschaltet, vielleicht die sowohl billigere als auch sparsamere Variante darstellt.

Diese Umstände sind z. B. auch den Technikern der Deutschen Bahn bzw. ihrer Lieferanten bewusst, denn selbstverständlich werden in Fahrzeugen nur EVG eingesetzt. Zum einen können die Fahrgäste sehr gut auf eine »Disco-Beleuchtung« mit 16,7 Hz verzichten (s. Abschnitt »Stör-Einwirkungen auf EVG«). Auch – aber nicht nur – deswegen erfolgt die Beleuchtung aus Akkumulatoren statt direkt aus Oberleitungsstrom. Damit wird das EVG schon unumgänglich. Zum Anderen würde die hohe Masse eines VVG aus Kupfer und Eisen (in Klasse B1 für eine 58-W-Lampe 1,3 kg), die im stationären Einsatz völlig irrelevant ist, die Energiebilanz im Fahrzeug über dessen Lebensdauer mit 100.000 bis 300.000 Beschleunigungs-Vorgängen stark beeinträchtigen. Fällt die Fahrdrahtspannung aus bzw. wird der Dieselmotor abgestellt, so wird die Beleuchtung jeweils automatisch auf »Sparflamme« zurück geschaltet, um den nun knappen Vorrat an elektrischer Energie schonend einzusetzen. Hierzu werden jedoch keineswegs dimmbare EVG eingesetzt, auch nicht in den modernsten Fahrzeugen (z. B. der Baureihe 422), sondern nach wie vor ein Teil der Leuchten abgeschaltet, denn dies spart mehr als alle Leuchten zu dimmen, wie es die Werbung der Beleuchtungs-Industrie für Gebäude fortwährend empfiehlt.

Bild 7.28
Bild 7.28: So sähen die Aussagen in der Werbung aus, wären sie auf Fakten gegründet (mit »Korona«: Durch Tageslicht und Präsenz gesteuerte Systeme)

Dessen ungeachtet zeichnet diese stets ein Szenario, das ein Energiespar-Potenzial von z. B. 80% verspricht. Schon der Übergang vom »konventionellen Vorschaltgerät (VVG)« auf ein EVG soll bei einer T8-Lampe 25% Ersparnis bringen. Der Unterschied zwischen dem konventionellen Vorschaltgerät (KVG) und dem verbesserten Vorschaltgerät (VVG) wird wieder einmal verwischt. Welches System hier mit welchem verglichen wurde, wird nicht erwähnt, doch wenn man annimmt, es handle sich um eine 58-W-Lampe, die hier auf das beste verfügbare EVG der Klasse A2 umgestellt wurde, ergibt sich eine zulässige Systemleistung von 55 W. Dann muss das alte »VVG«-System, dem gegenüber eine Einsparung von 25% möglich gewesen sein soll, über 73 W aufgenommen haben. Dies entspricht unserem Uralt-KVG, das schon 1986 in der Mülltonne lag. Bei diesem stellten wir jedoch einen Lichtstrom von 5300 lm fest, während es dieselbe Lampe mit dem EVG nur auf 4700 lm bringt, doch dieser Unterschied fällt in der Werbung unter den Tisch.

Der Übergang auf eine T5-Lampe soll sogar 50% Sparpotenzial erschließen. Es kann sich hier also nur um eine 35-W-HE-Lampe handeln, deren Leistungs-Aufnahme mit EVG in Klasse A2 bei 39 W liegt. Dieses System bringt es aber nur noch auf 3300 lm – was wiederum keiner Erwähnung wert erscheint. Natürlich kann man Energie einsparen, indem man einen Omnibus durch einen Kleinwagen ersetzt, ohne über Sitzplätze zu reden. Zusätzlich wird hier der »cut-off«-Effekt ins Feld geführt. Den bringen das KVG und das VVG zwar systembedingt immer mit sich, aber dort wird er nicht genannt.

Die Einführung der Dimmtechnik schließlich soll es auf 80% bringen – ohne jegliche Hinweise auf Begleit-Umstände oder Angabe von Annahmen, unter denen hier »gerechnet« wurde.

Eine Stadtverwaltung aus Österreich erhielt auf eine entsprechende Anfrage die Auskunft, »dass dieses Problem ein Fall für den jeweiligen Leuchtenhersteller ist und nicht in erster Linie für den Leuchtmittelproduzenten«. Wenn also eine Leuchte für T5-Lampen einen Wirkungsgrad von mindestens 100%, eine Leuchte für T8-Lampen aber höchstens 25% hat, wird diese Argumentation schlüssig – vorher nicht. Eine Vielzahl anderer Fragesteller warten übrigens noch immer auf eine Antwort.

Der Vergleich mit den in den voran gegangenen Abschnitten beschriebenen Messwerten zeichnet zudem ein Bild, das mit den oben genannten Ansprüchen der Werbung keinerlei Ähnlichkeit mehr erkennen lässt (Bild 7.28).

Dabei musste für das System mit dem noch für 220 V bemessenen KVG der bei 230 V gemessene Wert eingesetzt werden – was schließlich realistisch ist, denn das Netz hat heute eine Nennspannung von 230 V. Die Leistungs-Aufnahme des Systems steigt hierdurch überproportional auf 80 W an und zieht die Lichtausbeute weiter nach unten. Nur so konnte die ohnehin miserable Effizienz des KVG-Systems noch einmal so weit verschlechtert werden, dass noch ein hauchdünner Vorteil für das T5HO-System dabei heraus sprang, sonst wäre das »Sparpotenzial« der T5HO-Lampe gegenüber einem System von ≈1965 negativ geworden, und das wollten wir der modernen T5-Lampe nicht antun. Im Einzelnen sind die Messwerte und daraus abgeleiteten Berechnungen in Tabelle 7.15 wiedergegeben. Betrachtet wurde hierzu als Beispiel ein Büroraum, bei dem

  • für 1.000 h/a das Licht mit voller Helligkeit brennt;
  • für 1.000 h/a die halbe Helligkeit genügt, wofür die VVG-Leuchten durch einen Spannungs-Absenker auf 64% reduziert werden, da eine weiter gehende Reduktion hiermit nicht möglich ist, also mehr Licht produziert wird als nötig;
  • für 1.000 h/a kein künstliches Licht benötigt wird, die automatische Dimmung also auf den Mindestwert von 2% herab dimmt, wobei aber auf Grund durchgehender Kathodenheizung die Leistungs-Aufnahme immer noch bei 14% des Höchstwertes liegt und
  • für den Rest des Jahres vom Präsenzmelder Abwesenheit erkannt wird. Die Lampen werden dann ganz abgeschaltet, und der Bereitschafts-Verbrauch der EVG fällt auf den ab 2012 nur noch zulässigen Maximalwert von 0,5 W.
Tabelle 7.15
Tabelle 7.15: Ein VVG-System mit von Tageslicht und Präsenz gesteuerter Komplett-Abschaltung ist einem EVG-System mit entsprechend gesteuerter Dimmung energetisch überlegen

Bei dem VVG-System sind die entsprechenden Zustände für »ganz herunter gedimmt« und »Licht aus« identisch und entsprechen beide der vollständigen Trennung vom Netz. Da auch die Steuerungstechnik Marke »EnOcean« keine Energie aus dem Netz bezieht, ist die Leistungs-Aufnahme hier gleich 0.

4 solcher VVG-Systeme 58 W, wie im Abschnitt über die Effizienz-Potenziale der VVG beschrieben, erzeugen den gleichen Lichtstrom wie 3 solcher EVG-Systeme 2*35 W, wie im Abschnitt »Effizienz von T5-Lampen« beschrieben, also mit insgesamt 6 Lampen zu je 35 W. So wird ein direkter Vergleich der Systeme möglich. Notwendig ist dazu nur die Bestimmung der insgesamt erzeugten Lichtmenge in Lumenstunden. Während elektrische Leistung in Watt und Lichtleistung in Lumen gemessen wird, misst man elektrische Energie in Kilowattstunden. Analog muss also die durch die entsprechende Anzahl Kilowattstunden erzeugte Lichtenergie in »Kilolumenstunden« oder »Megalumenstunden« erfasst werden. Genau dies ist in Tabelle 7.15 geschehen.

Die ernüchternde Bilanz ist, dass vom Energiespar-Vorteil der Dimmtechnik nicht viel übrig bleibt, sondern – ganz im Gegenteil – bei Einsatz einer entsprechenden, von Tageslicht und Anwesenheit abhängigen Steuerung die VVG-Systeme bei gleicher Lichtleistung mehr Lichtenergie erzeugen und dazu sogar etwas weniger elektrische Energie verbrauchen. Ihre Effizienz ist damit im Jahresdurchschnitt besser. Dies ist den Umständen zu danken, dass

  • der Effizienz-Vorteil auch der T5HE-Lampen nur marginal ist,
  • der Wirkungsgrad-Vorteil von EVG, anders als man denkt, ähnlich mager ist,
  • die Lichtausbeute dimmbarer Systeme sich beim Dimmen verschlechtert, wobei
  • auch in der unteren Anschlag-Stellung noch ein erheblicher »Leerlauf«-Verbrauch von im vorliegenden Fall 14% verbleibt und
  • selbst bei »abgeschalteter« Beleuchtung die EVG ständig in Betrieb bleiben müssen, was zwar im durchschnittlichen Büro-Alltag nur einen sehr geringfügigen Anteil an der Leistung, aber schon einen merklichen an der Energie ausmacht.

Schließlich böte es auch einen erheblichen Zugewinn an Komfort, abends das Auto gleich mit laufendem Motor abzustellen, denn ein moderner Dieselmotor benötigt im Leerlauf nur noch gut 0,3 Liter Kraftstoff in der Stunde – scheinbar nicht der Rede wert, kaum mehr als 1% des Werts bei Höchstgeschwindigkeit, und das Auto wäre am Morgen gleich warm, nach einer Winternacht im Freien noch nicht einmal zugefroren. Aber kein Mensch tut das, weil an der Zapfsäule allzu bald schmerzhaft spürbar würde, dass eine Nacht Leerlauf etwa einer anschließenden 40 km weiten Fahrt zur Arbeitsstelle und wieder zurück entspräche und so den durchschnittlichen Verbrauch glatt verdoppeln würde!

Strom aber kauft man blind und bezahlt nur ein Mal im Jahr ohne eine Ahnung, wann man wofür wie viel verbraucht hat. In dieser Situation ist man auf halbwegs richtige Angaben der Eckwerte von Geräte-Herstellern und Anlagen-Errichtern angewiesen. Wenn dies nicht gegeben ist, merkt das kein Mensch – bis sich endlich einmal jemand die Mühe macht und nachmisst.

Dabei sei zu den vorliegenden Messungen nochmals darauf hingewiesen, dass hier ganz bewusst nicht das bestmögliche VVG-System mit dem schlechtesten denkbaren EVG-System verglichen wurde, wie dies umgekehrt im Falle der EVG-Werbung durchgehend üblich und auch notwendig ist, um überhaupt noch einen nennenswerten Vorteil für das EVG heraus zu arbeiten. Vielmehr wurde hier nicht nur nach Nennwerten und Katalogdaten das effizienteste verfügbare EVG-Dimmsystem als Beispiel heran gezogen, sondern zudem wurden auch noch

  • die Nutzungszeiten eines Büros aufgerundet – in entsprechenden Untersuchungen der EU werden für ein durchschnittliches europäisches Büro weniger als 3.000 Nutzungsstunden im Jahr eingesetzt;
  • von einem hervorragenden EVG stammende Messwerte verwendet, das bei 25% Lampen-Helligkeit »nur« 35% der vollen Leistung aufnahm, statt »der Einfachheit halber« die Mindest-Forderung der Norm von 50% der vollen Leistung bei 25% Lampen-Helligkeit einzusetzen;
  • die Messung an der T5-Lampe bei einer Umgebungstemperatur von 35°C durchgeführt, auf welche die T5-Lampen aus guten Gründen optimiert sind, während die Norm historisch bedingt 25°C vorschreibt.

Sollte also jemand die Absicht hegen, das EVG – oder zumindest seine dimmbare Ausführung – bewusst zu diskreditieren, könnten und sollten diese »Schlupflöcher« noch ausgenutzt werden. In einer Darstellung von Tatsachen, die lediglich einige Werbe-Aussagen ins rechte Licht rücken möchte, ist dies nicht erforderlich, denn selbstverständlich leisten dimmbare EVG Dinge, die herkömmliche 50-Hz-Technik nicht zu bieten in der Lage ist. Wie gesagt, nahmen sich alle alten Dimmtechniken, die es vor der Erfindung des EVG einmal gegeben hat, doch sehr wie ein Behelf aus, und manchmal benötigt man eben, wie z. B. in Konferenzräumen, die Möglichkeit einer sehr weit reichenden Abdunkelung. Selbstverständlich bietet es auch mehr Komfort und strahlt eher einen Hauch von Luxus aus, wenn die künstliche Beleuchtung kontinuierlich, ja meist unbemerkt, zurück geht, sobald das Tageslicht zunimmt, als wenn sich das Licht abrupt aus- oder einschaltet. Wer jedoch meint, mit dem Luxus gleichzeitig mehr Energie-Effizienz einkaufen zu können als mit VVG und elektronischen Startern, hat sich von irgendeinem Großkonzern einen Eisbären aufbinden lassen – einem so genannten »Global Player«. Die tun nichts, die wollen nur spielen.

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