Voor de Universiteit van Vlaanderen staat Philippe Smet stil bij de troeven van LED-verlichting.
Velen waren misnoegd toen Europa de gloeilamp verbood. Ondertussen hebben energie-efficiënte LED-lampen hun intrede gedaan en beginnen ze er ook steeds vaker als de gloeilampen van weleer uit te zien, inclusief de peervorm én lichtgevende filamenten. De LED-technologie heeft echter zoveel meer te bieden. Zowel wijzelf als ons leefmilieu zouden er wel bij varen om die opportuniteiten volledig aan te snijden.
De gloeilamp is een prachtig staaltje van technologische eenvoud, gebaseerd op twee basiswetten uit de fysica. Loopt een elektrische stroom door een metaaldraad met een zekere elektrische weerstand, dat warmt de draad op, in lijn met de wet van Joule. Wordt de draad warm genoeg, dan begint die zichtbaar licht uit te sturen, volgens de wet van Planck. Hoe warmer, hoe meer licht en hoe witter van kleur. De geschiedenis heeft uiteindelijk bepaald dat Thomas Edison de credits verdiende voor de uitvinding van de gloeilamp in 1879. Op een paar verbeteringen na, die een iets langere levensduur garandeerden, bleef de gloeilamp meer dan 100 jaar essentieel onveranderd. Zelfs het type schroefdraad – een E27 voor de kenners, met de E van Edison – is sinds 1909 onveranderd gebleven voor de meeste lampen die we thuis in een fitting draaien.
De gloeilamp is dood. Leve de zachtjes gloeiende lamp.
Velen waren verknocht aan het gezellige licht van een gloeilamp, dat vooral gesitueerd is in het geel-oranje-rode deel van het spectrum. De beperkte bijdrage van blauw licht zorgt er ook voor dat het de ideale verlichting is voor ’s avonds, om onze biologische klok naar slaapmodus te sturen. Daarover komt u meer te weten in mijn college voor de Universiteit van Vlaanderen. En dit is meteen ook de zwakte van de gloeilamp. Voor de maximale temperatuur van 3000°C die de wolfram gloeidraad langdurig aankan, blijkt dat meer dan 90% van de uitgestuurde lichtdeeltjes in het infrarood vallen, en dus onzichtbaar zijn voor het menselijke oog. Kwantitatief uitgedrukt zet een gloeilamp 1 Watt elektrische energie om in 10 lumen, een halogeenlamp haalt er 15. De lumen is een eenheid voor de lichtintensiteit zoals die waargenomen wordt door het menselijke oog. Hoe meer lumen een lamp kan produceren per Watt, hoe efficiënter de lamp.
Toen 10 jaar geleden de Europese Commissie besliste om de gloeilamp te bannen omwille van de lage energie-efficiëntie, riep dit behoorlijk wat weerstand op en leidde het zelfs tot hamstergedrag. Er waren op dat moment ook al een aantal alternatieven: compacte spaarlampen haalden een efficiëntie van 60 lumen per Watt, de lange uitgerolde versie, TL-lampen, zo’n 100 lumen per Watt. Alleen konden deze spaarlampen de harten niet winnen: de lichtkwaliteit was minder, ze waren niet heel compact, ze startten na een tijdje minder snel op en je kon ze moeilijk dimmen.
Maar er was een jonge technologie (°1995), gebaseerd op energiezuinige blauwe licht-emitterende diodes, die razendsnel stappen voorwaarts zette. In combinatie met een luminescent materiaal, dat een groot deel van het blauwe licht omzet naar groen, geel en rood, konden witte lampen gemaakt worden. Eerst alleen met een koudwit, blauwachtig licht – zoals je nu nog altijd in fietslichtjes vindt – maar ondertussen zijn LED-lampen beschikbaar in alle tinten wit.
Het onderscheid met het spectrum van daglicht of van een gloeilamp valt nauwelijks nog te maken, zeker niet voor de meer kwalitatieve lampen. De efficiëntie groeit gestaag, en zit nu al boven de 100 lumen per Watt voor wat je gangbaar in de winkel vindt. De fysische limiet – als alle elektrische energie omgezet zou worden in zichtbaar licht – ligt op 350 tot 400 lumen per Watt, afhankelijk van het uitgestuurde spectrum. De verwachting is dat over een vijftal jaar de efficiëntie van de standaard LED-lampen rond zo’n 200 lumen per Watt zal liggen. De LED-lamp heeft dan ook effectief de weg naar onze huizen gevonden – wat doet u anders met die ecocheques? – om zo de elektriciteitsfactuur merkbaar naar beneden te halen.
In onze scholen en bedrijven verloopt de introductie veel trager, omdat de verlichting die er nu hangt, met een efficiëntie rond de 100 lumen per Watt, eigenlijk al behoorlijk efficiënt is. Maar de komende jaren zal de transitie toch gemaakt worden, waarbij het elektriciteitsverbruik pakweg gehalveerd zal kunnen worden. En er zijn nog bijkomende voordelen: de LED-chip – een stukje halfgeleider waarin het blauwe licht geproduceerd wordt – is heel klein, wat maakt dat het uitgestuurde licht makkelijker te sturen is naar de juiste plaats en je dus enkel kan verlichten wat je wil, in tegenstelling tot bij een TL-lamp die rondom rond straalt. Je kan LED-lampen ook gemakkelijk dimmen en vlot aan- en uitschakelen, wat nog eens efficiëntiewinsten oplevert en nu al een grootschalige vervanging verantwoordt.
Dezelfde argumentatie gaat op voor straat- en gebouwenverlichting. Met mondjesmaat doen de LED-lampen hun intrede in het straatbeeld. Naast de energie-efficiëntie, moeten ook de andere troeven van de LED-technologie hier maximaal ingezet worden. Buitenverlichting heeft namelijk een sterke invloed op ons leefmilieu. Hoe goed je een straatlamp ook oriënteert – wat bij LEDs dus veel makkelijker gaat dan bij klassieke straatlampen – een deel van het licht reflecteert sowieso op de straat en de gebouwen, waardoor je het fenomeen van lichtvervuiling (of lichtpollutie) krijgt. Dit maakt niet alleen dat bebouwde gebieden duidelijk zichtbaar zijn vanuit de ruimte, het betekent ook dat de sterrenhemel haar grandeur verliest en vooral dat de natuur in de war geraakt, van insecten, over vogels tot vleermuizen.
De oplossing is eenvoudig: hoe minder licht, hoe beter. Uiteraard is dit geen pleidooi tot het volledige schrappen van buitenverlichting, wel om lamparmaturen slimmer en met meer functionaliteiten te ontwerpen. LEDs zijn eenvoudig te dimmen, zodat je ze enkel gedurende de kritische momenten op volle kracht kan laten werken om de (verkeers)veiligheid te garanderen, in de winter tijdens de vroege avond en de late ochtend, of on demand, wanneer passage gedetecteerd wordt.
Dimming en snel en veelvuldig aan- en uitschakelen zijn immers perfect mogelijk met LED-lampen. Jammer genoeg wordt het momenteel nauwelijks toegepast. Bij mij in de buurt baden de straten met nieuwe LED-lampen in het licht, met een veel hogere intensiteit – licht per oppervlakte – dan voorheen, doorheen de hele nacht aan dezelfde intensiteit. Een duidelijk lichtplan en normen aangepast aan de nieuwe verlichtingstechnologie zijn dus hoognodig. Een tweede aspect is het spectrum van de LED-lampen. Een breed emissiespectrum is ideaal voor een goede kleurweergave van objecten, maar voor straatverlichting is dit van ondergeschikt belang. Bovendien is de impact op de fauna groter wanneer een breder pallet aan golflengtes in het uitgestuurde licht zit. Ook voor de mens ontregelt een sterke bijdrage van blauw licht het bioritme, dus naast een intensiteitsvariatie is een kleurvariatie doorheen de nacht perfect verdedigbaar, of is een doordachte keuze bij een vaste kleur toch wel wenselijk.
Met efficiëntere straatverlichting gaan we het klimaat niet redden. Straatverlichting in Vlaanderen klokt nu af op ongeveer 1% van het elektriciteitsverbruik, uitgemiddeld over een jaar. Naast de hoognodige maatregelen op het vlak van adaptatie, is het verminderen van het elektriciteitsverbruik steeds een nuttige oefening, zeker wanneer we daarmee ook een minder verstoord leefmilieu én een prachtige blik op de Melkweg voor in de plaats krijgen. Een warme oproep dus aan alle (nieuwe) openbare besturen om hierin een duidelijk beleid te ontwikkelen.
Professor Philippe Smet is verbonden aan de vakgroep Wetenschappen van de UGent. Daar brengt hij zijn studenten liefde bij voor atoom- en molecuulfysica en luminescentie.
Universiteit van Vlaanderen: wetenschap in klare taal voor u uitgelegd
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier