Die Entwicklung der LED-Beleuchtung, die Licht durch strahlende Elektronen-Loch-Rekombination in Festkörperhalbleitern erzeugt, anstatt ein gasförmiges Medium anzuregen oder einen Wärmestrahler in einem Glasgehäuse oder Gehäuse zu erhitzen, hat Straßenbeleuchtungen enorm geholfen. Im Vergleich zu HID-Systemen wie Hochdruck-Natriumdampflampen (HPS), Niederdruck-Natriumdampflampen (LPS) und Metallhalogenidlampen (MH) bietet die Festkörperbeleuchtungstechnologie erhebliche Vorteile.
Die erheblichen Energieeinsparungen durch die LED-Technologie waren der Hauptgrund für den Übergang von HID (HPS, LPS, MH) zu LED. Obwohl HPS-Lampen, die gebräuchlichste Straßenbeleuchtungsquelle, in Hochleistungsprodukten Quellenwirkungsgrade von bis zu 150 lm/W erreichen können, liegen ihre Wirkungsgrade in praktischen Anwendungen eher bei 100 lm/W. HPS-Straßenlaternen können 30 bis 40 Prozent ihrer Systemeffektivität verlieren, wenn optische Verluste und Ballastverluste berücksichtigt werden. Im Gegensatz dazu haben LEDs mit Phosphor-Umwandlung Quellenwirkungsgrade zwischen 150 und 190 lm/W, die sowohl wirtschaftlich sinnvoll sind als auch voraussichtliche Quellenwirkungsgrade von 255 lm/W haben. LED-Straßenlaternen können aufgrund ihrer hohen Quelleneffizienz, ihres gerichteten Emissionsmusters und ihrer hohen Leistungsumwandlungseffizienz eine Systemeffizienz von weit über 140 lm/W und eine Leuchteneffizienz von nahezu 80 Prozent erreichen. Dies zeigt, dass LED-Straßenbeleuchtung im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen eine Energieeinsparung von 50 bis 100 Prozent bietet.
Kommunen und Versorgungsunternehmen, die die Betriebs- und Lampenwechselkosten senken möchten, sind von den geringeren Wartungs- und Lebenszykluskosten der LED-Straßenbeleuchtung angezogen. LED-Beleuchtungssysteme können mehr als 50,{1}} Stunden lang betrieben werden, sofern sie über ein geeignetes Wärmemanagement und eine optimale Leistungssteuerung verfügen. LEDs bestehen aus einem Halbleiterblock und nicht aus Glashüllen oder anderen empfindlichen Teilen. LED-Straßenlaternen können aufgrund der Solid-State-Ausdauer der Lichtquelle ständigen Vibrationen durch schnell fahrende Autos standhalten. Hervorragende Zuverlässigkeit und Langlebigkeit tragen zusammen dazu bei, die Nutzungsdauer von LED-Systemen zu verlängern und den Wartungs- und Lampenwechsel erheblich zu reduzieren.
Für optimale nächtliche Fahrbedingungen kann die spektrale Leistungsverteilung (SPD) der LED-Straßenbeleuchtung angepasst werden. Die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle haben einen erheblichen Einfluss auf die Sichtbarkeit, die ein Beleuchtungssystem bietet. Im menschlichen Auge gibt es Stäbchen und Zapfen, zwei Arten optischer Photorezeptoren. Skotopisches Sehen, das nachts verwendet wird, wenn die Helligkeit sehr gering ist (weniger als 0,005 cd/m2), wird durch Stäbchen ermöglicht. Alle sichtbaren Farben können von den Zapfen gesehen werden, die unter photopischen Bedingungen am aktivsten sind, wenn die Leuchtdichten typischerweise mehr als 3,4 cd/m2 betragen. Für das photopische Sehen und das skotopische Sehen liegen die höchsten spektralen Empfindlichkeitskurven bei 555 bzw. 507 nm. Die Stäbchenphotorezeptoren reagieren auf das mesopische Sehen, das ist der Bereich zwischen dem photopischen Sehen und dem skotopischen Sehen.
Das Lichtspektrum von LED-Straßenlaternen kann geändert werden, um das effizienteste Spektrum für die Sichtverhältnisse auf der Straße zu erreichen, insbesondere für die mesopische Sicht, die für die in der Straßenbeleuchtung häufig vorkommenden Lichtstärken gilt, indem das Verhältnis der Leuchtstoffe für die gewünschten Farben angepasst wird Abwärtskonverter. Das Auge muss über ein starkes skotopisches Sehen verfügen, um außeraxiale Objekte erkennen zu können. Während die Sehschärfe für die Sichtbarkeit eines Fahrers eine relativ geringe Rolle spielt, ermöglicht eine starke Farbwiedergabe die Aktivierung der Zapfen-Fotorezeptoren, wodurch es einfacher wird, kleine Dinge von ihrem Hintergrund zu unterscheiden. Im Vergleich zu HPS-Lampen, die einen niedrigen CRI haben, haben LED-Straßenlaternen im Allgemeinen einen CRI von 80, was für die Beleuchtung von Straßen ausreichend ist. Um eine optimale Sehleistung beim mesopischen Sehen zu gewährleisten, ist häufig ein Lichtspektrum mit einem hohen skotopischen/photopischen (S/P) Verhältnis erwünscht. Während LED-Straßenlaternen spektral so angepasst werden können, dass sie ein S/P-Verhältnis zwischen 1,21 (3000 K LED) und 2,0 (6000 K LED) ergeben, haben HPS-Lampen typischerweise ein S/P-Verhältnis von 0,63.
Die Sicht wird durch ein hohes S/P-Verhältnis nicht immer verbessert. Wenn in der Atmosphäre eine hohe Nebel-, Dunst- oder Dunstdichte herrscht, ist die meteorologische Sicht schlecht, und je größer das S/P-Verhältnis, desto mehr Licht wird gestreut und desto weniger Licht wird durchgelassen. Licht mit einem hohen S/P-Verhältnis weist in seinem Spektrum einen großen Anteil blauer Wellenlängen auf. Dies löste Bedenken hinsichtlich der Gefahren von blauem Licht und der physiologischen Auswirkungen von Straßenbeleuchtung mit hoher Intensität und hohem CCT aus. Das Lichtspektrum für die Straßenbeleuchtung erfordert möglicherweise einen Mindestanteil an Blau oder ein moderates S/P-Verhältnis, um eine gute Sicht zu gewährleisten, Aufmerksamkeit zu erzeugen und die Freisetzung von Melatonin (das als Schlafhormon bekannt ist) zu unterdrücken. Um Störungen des Tagesrhythmus zu vermeiden, sollte jedoch bei der Innenbeleuchtung in der Nacht kein kühlweißes Licht mit hohem Blauanteil verwendet werden. Daher werden für die Beleuchtung von Landstraßen und Autobahnen üblicherweise LED-Straßenlaternen mit einer Farbtemperatur von 4100 K empfohlen. Warmweißes Licht (z. B. 3000 K) wird an dicht besiedelten Orten und in Wohngebieten empfohlen, um die schädlichen physiologischen Auswirkungen der Straßenbeleuchtung zu minimieren. Alle CCT-Anforderungen können mit der LED-Technologie erfüllt werden.
Da es sich um Halbleiter handelt, können LEDs problemlos in andere Halbleiterschaltkreise integriert werden. Da LEDs sofort auf Änderungen in der Stromversorgung reagieren, kann analoges Dimmen auf der Grundlage des CCR-Ansatzes (Continuous Current Reduction) verwendet werden, indem lediglich der den LEDs bereitgestellte Treiberstrom geändert wird. Die Pulsweitenmodulationstechnologie (PWM), die eine umfassende Intensitätssteuerung ermöglicht und dabei trotz Schwankungen der Lichtintensität einen konstanten Farbpunkt beibehält, kann auch zum digitalen Dimmen von LED-Straßenlaternen verwendet werden. Im Vergleich dazu ist das Dimmen von MH-Lampen anspruchsvoller und HPS-Straßenlaternen können nur auf etwa 50 Prozent Lichtintensität reduziert werden. Da die Festkörperbeleuchtung digital ist, besteht die Möglichkeit einer direkten Integration von Straßenlaternen in computergestützte Systeme, was die Automatisierung und Effizienz steigern würde. Diese Integration von drahtloser Konnektivität, Sensortechnologien und Straßenbeleuchtung öffnet die Tür zu einer Vielzahl innovativer IoT-Möglichkeiten.
