Leonardo ENERGY Deutschland

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 8.8).

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 8.1) oder gar noch weniger gespeist wird? Um dies heraus zu finden, wurden 5 verschiedene Vorschaltgeräte (Bild 8.9) für eine 58-W-Lampe einer Untersuchung unterzogen:

• 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 8.1, 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 8.7 vollständig zusammengestellt, doch macht die grafische Auswertung (Bild 8.10) 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 5000 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.

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 8.5).
• Die Lampenspannung steigt bei fallendem Lampenstrom (Bild 2.1). 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.

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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• 8.5.1 Gewährleistung
• 8.5.2 Alternative Lösungen
• 8.5.3 Bilanz