Fulda bei Nacht
Stadt Fulda / Christian Tech

Mit smarten Lösungen gegen Lichtverschmutzung

Jeweils am 16. Mai findet der von der UNESCO ausgerufene „Internationale Tag des Lichts“ statt. Gerade in Städten brauchen wir heute meist weniger als mehr Beleuchtung. Deshalb stellt sich auch für smarte Städte und Regionen die Frage, wie digitale Technologien genutzt werden können, um unsere Umwelt und unser Ökosystem zu schützen.

16.05.2024

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Aufenthaltsqualität Digitale Stadtplanung Energie Klimaschutz & -anpassung Sicherheit

Ein strahlender Sternenhimmel ist nicht nur ein beeindruckendes Naturspektakel, sondern auch ein wichtiger Bestandteil unserer Umwelt. Doch vielerorts – auch hier in Berlin, wo die Autoren dieses Blogbeitrags wohnen und arbeiten – sind die Sternenbilder kaum noch zu erkennen. Seit der Entdeckung der Elektrizität nimmt die nächtliche Beleuchtung jedes Jahr zu. Das Ergebnis: Die Erde wird jedes Jahr im Durchschnitt um ca. 9,6 % heller (vgl. Kyba et al. 2023). Hellere Nächte führen jedoch zu Problemen für unser Ökosystem. Weil starkes, unnatürliches Licht negative Einflüsse auf die Umwelt hat, spricht man von „Lichtverschmutzung“.

Lichtverschmutzung führt zu Insektensterben

Lichtverschmutzung hat nicht nur die in der Einleitung angerissenen ästhetischen Konsequenzen, sondern beeinträchtigt auch die Umwelt genauso wie die menschliche Gesundheit. So hemmt künstliches Licht zum Beispiel die Produktion des für unseren Schlaf so wichtigen Stoffs Melatonin. Daneben kann selbst eine einzige Straßenlaterne dazu führen, dass Bäume ihr Laub später abwerfen oder ihre Blütenentwicklung beeinträchtigt wird. Des Weiteren werden Flugtiere durch Lichtglocken in ihrem Flugverhalten beeinträchtigt und nachaktive Insekten wissen nicht mehr genau, wann der Tag anfängt oder endet (vgl. Hölker et al. 2010; Schroer et al. 2019). Das kann zur Folge haben, dass sich Insektenpopulationen signifikant verringern, was wiederum die Stabilität ganzer Nahrungsketten und Biotope gefährdet. 

Beleuchtete Straßen = mehr Sicherheit?

Kommunen können eine Reihe von Maßnahmen ergreifen, um Lichtverschmutzung zu reduzieren und um so die Stabilität von Nahrungsketten und Biotopen zu sichern. Sie müssen dabei jedoch auch (gefühlte) Sicherheitsaspekte der Bürgerinnen und Bürger beachten. Schließlich helfen beleuchtete Wege und Straßen dabei, Hindernisse zu erkennen und tragen somit zur Sicherheit im Straßenverkehr bei. Ein weiterer Grund für die übermäßige Erhellung der Nacht ist der weitverbreitete Eindruck, dass beleuchtete Räume Kriminalität vorbeugen würden und damit Sicherheit böten. Jedoch lässt sich hierbei wissenschaftlich keine fundierte Korrelation zwischen tatsächlicher Sicherheit, dem Schutz vor Kriminalität und Beleuchtung herstellen (vgl. McClanahan et al. 2024).

Sternenstadt Fulda: Lichtverschmutzung als Thema der ganzen Verwaltung

Stadtansicht auf Fulda bei Nacht
Blick auf Fulda bei Nacht - kaum Lichtverschmutzung auszumachen Stadt Fulda / Christian Tech

Zu den Vorreiterinnen beim Kampf gegen Lichtverschmutzung gehört die Stadt Fulda, welche 2019 von der International Dark Sky Association als erste „Sternenstadt“ Europas ausgezeichnet wurde. Die hessische Kommune hat es geschafft, dass das Thema von den zuständigen Abteilungen – „Verkehrssicherheit“ im Tiefbauamt sowie „Umweltschutz“ im Stadtplanungsamt – gemeinsam vorangetrieben wird. Eine vom Fuldaer Magistrat im Februar 2019 verabschiedete Beleuchtungsrichtlinie gibt Hinweise zu Ausrichtung, Lichtstärke und Beleuchtungszeit. Dieses Dokument dient mit mehreren Praxisbeispielen auch der Sensibilisierung und dem Aufzeigen von Handlungsmöglichkeiten für die Stadtgesellschaft. Grundlage hierfür ist eine Musterrichtlinie des Biosphärenreservats Rhoen.

So wird Straßenbeleuchtung intelligent

Ein effizientes Straßenbeleuchtungsmanagement ist beim Kampf gegen Lichtverschmutzung entscheidend. Intelligente Beleuchtungssysteme mit passender Steuer- und Regelungstechnik können hier einen wichtigen Beitrag leisten. Entscheidend sind hierbei auch die Einstellungen der Sensorik, der Beleuchtungszeiten und der Anschaffungs- beziehungsweise Betriebskosten. 

Entsprechende Ansätze werden in Solingen seit 2010 verfolgt und im Rahmen des Modellprojekts Smart Cities weiterentwickelt. Neben der Umrüstung auf moderne LED-Leuchten wurde das Solinger Licht-Management (SoLiMa) entwickelt, um die Straßenbeleuchtung bedarfsgerecht zu regeln. Das System ist mit dem Verkehrsrechner verbunden und passt sich aktuell an die Verkehrsdichte an. Zukünftig soll es auch auf unterschiedliche Witterungsbedingungen reagieren – durch die Analyse der Daten von bestehenden Wettersensoren. Die Technik wird derzeit weiter ausgebaut. 

Auch das Modellprojekt Smart Cities Eichenzell setzt auf eine adaptive Steuerung bei Rad- und Fußwegen, die bei aufkommendem Verkehr von 20 % auf 100 % hochgefahren werden kann. Hierzu werden an jeder Leuchte Passiv-Infrarot-Sensoren verwendet – ein anderer Ansatz als in Solingen. Zudem möchte Eichenzell verschiedene weitere Sensoren auch für Witterungsverhältnisse nutzen und andere Sensoren an Laternen anbringen.

Beleuchtungszeiten – je nach Straße und Viertel

Intelligente Straßenbeleuchtung
Intelligente Stadtentwicklung prüft, wann welche Straße beleuchtet werden sollte, und welche Laternen in der Nacht ausgeschaltet werden können. Stadt Fulda / Christian Tech

Auch in Solingen und Eichenzell gilt: Jede Stadt, jedes Viertel und jede Straße ist individuell in ihrer sozialräumlichen Zusammensetzung. Daher kann keine pauschale Aussage darüber getroffen werden, wann etwas beleuchtet werden muss oder soll. Es gibt Straßen, die nachts eine wichtigere Funktion haben als andere. Eine intelligente Stadtentwicklung stellt daher die Frage, wann welche Straße beleuchtet werden sollte, und welche Laternen beispielsweise zu den späten Nachtstunden ausgeschaltet werden können (Abbildung 1)

Die Stadt Hannover plant im Rahmen der Förderung als Modellprojekt Smart Cities innovative Technologien im Rahmen der Maßnahme Smart.Light. Auf der „SMART.LIGHT-Route“ können sowohl naturnahe als auch kernstadtnahe Vergleichsdaten erhoben werden. Durch den Einsatz von energieeffizienten smarten LED-Leuchten mit verschiedenen Sensoren und einer bewegungs- und zeitabhängigen Steuerung mit tageszeitabhängigem Lichtfarbwechsel soll die Beleuchtung in besonderem Maße auch den Anforderungen einer umwelt- und insektenfreundlichen Beleuchtung gerecht werden. 

Das heißt konkret: Zwischen 22:00 Uhr und 5:00 Uhr regeln die Leuchten die Lichtstärke herunter, um gegenüber konventioneller Stadtbeleuchtung bis zu 80 Prozent Energie zu sparen. Darüber hinaus dient die gesteuerte, reduzierte Lichtintensität dem Insektenschutz, da die LED-Leuchten dank der warmweißen Lichtfarbe von 3000 Kelvin weniger nachtaktive Insekten anlocken.

Lieber warmes als kaltes Licht

Das Beispiel aus Hannover zeigt: Licht unterscheidet sich in der Leuchtdichte, der Beleuchtungsstärke oder auch in der Lichtfarbe. So gibt es bei der Lichtfarbe große Unterschiede hinsichtlich der Auswirkungen auf Insekten. Kaltweißes Licht erzeugt eine höhere Sterberate für Insekten als wärmere Lichtwerte. 

Daher gilt: Je wärmer das Licht, desto umweltfreundlicher. Der Richtwert beträgt für viele Straßenzüge in der aktuellen DIN EN 13201 Straßenbeleuchtung 3.000 Grad Kelvin (K). Nach diesem Richtwert richtet sich auch die Stadt Fulda in vielen Fällen. Forschende und Umweltschützerinnen und -schützer plädieren aber für wärmeres Licht von mindestens 2.700 Grad Kelvin oder sogar Amber-Farben (1.700–2.200 K). Im Modellprojekt Smart Cities Hannover wurden daher etwa Leuchten mit einer Farbtemperatur von 1.700 bis 3.000 K ausgewählt, sodass ein zirkularer Farbwechsel (d.h. Anpassung an Tages- und Jahreszeiten) möglich ist.

Weniger ist mehr: Illumination von Gebäuden und Denkmälern

Verklärungskirche Berlin-Adlershof bei Nacht
Verklärungskirche Berlin-Adlershof bei Nacht mit Lichtverschmutzung Daniel Rosón Eichelmann / DLR

Neben der Straßenbeleuchtung sorgt auch die Illumination öffentlicher Gebäude und Denkmäler vielerorts für Lichtverschmutzung. Hier sollte künftig darauf geachtet werden, dass einzig und allein das jeweilige Gebäude angestrahlt wird. Es ist zu vermeiden, dass es dabei nicht wie in Abbildung 2 zu enormer Lichtverschmutzung kommt, indem das Licht über die Kirche hinaus in den Himmel strahlt. Im Zuge der Energiekrise haben viele Kommunen die Beleuchtung öffentlicher Gebäude bereits reduziert. Um Energie zu sparen, können solche „einfachen“ Lösungen gut mit smarten Ideen umgesetzt werden. 

Zusammenarbeit mit der Wissenschaft

Was ist zusätzlich noch möglich? Es gibt diverse Forschungsprojekte, die sich mit umweltfreundlicher Beleuchtung und Lichtverschmutzung auseinandersetzen und hier neue Erkenntnisse liefern. 

Das Forschungsprojekt „Artenschutz durch umweltverträgliche Beleuchtung (AuBe)“ durchgeführt vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) untersucht die Auswirkungen unterschiedlicher Beleuchtungsarten an verschiedenen Standorten in Deutschland, unter anderem in Fulda. Die hier gewonnene Expertise ist sehr wertvoll. Die öffentlich sichtbaren Fangnetze (Abbildung 3), mit deren Hilfe die Insektenpopulationen hochgerechnet werden können, wecken zudem öffentliches Interesse für die Thematik. 

Auch in der Kommune Heiningen in Baden-Württemberg wurde die Wirkung von intelligenter Straßenbeleuchtung auf den Umweltschutz erforscht. Die Technische Universität Berlin betreibt hier einen LED-Laufsteg, an dem Beleuchtungstechnologien unter realen Bedingungen demonstriert und für wissenschaftliche Untersuchungen genutzt werden können. 

Licht – spannend und relevant

Fangnetze des Projekts AuBe in Fulda
Fangnetze des Projekts AuBe in Fulda: So lassen sich Insektenpopulationen hochrechnen. Daniel Rosón Eichelmann / DLR

Wir sehen, wie spannend das Thema Licht und Lichtverschmutzung ist. In den Modellprojekten Smart Cities werden ganz unterschiedliche Lösungen entwickelt und umgesetzt, die auch für andere Kommunen spannend sind.  Und Fulda zeigt, wie wirkungsvoll das Leitbild der Sternenstadt ist. 

Was bleibt? 

Erstens die Freude an diesem Thema und die Empfehlung, zum Hörer zu greifen. In den Kommunen gibt es Initiative und Expertise – mit großer Offenheit und Leidenschaft für das Thema. Und zweitens der Blick aus dem Fenster auf die nun leuchtenden Straßenlaternen, denn während diese letzten Zeilen geschrieben werden, wird es langsam dunkler. Mal sehen, wie viele Sterne über Berlin zu sehen sind... 

 

Literaturverzeichnis

Hölker, F.; Wolter, C.; Perkin, E.; Tockner, K. (2010): Light pollution as a biodiversity threat. In: Trends in Ecology and Evolution 25 (12), S. 681-682.

Kyba, C.; Altintas, Y.; Walker, C.; Newhouse M. (2023): Citizen scientists report global rapid reductions in the visibility of stars from 2011 to 2022. In: Science 379 (6629), S. 265-268.

McClanahan, W. P.; Sergiou, C. S.; Siezenga, A.; Gerstner, D.; Elffers, H.; van der Schalk, J.; van Gelder, J.-L.: Neighborhood crime reduction interventions and perceived livability: A virtual reality study on fear of crime. Cities 147, 104.823 (2024).

Sánchez de Miguel, A.; Bennie, J.; Rosenfeld, E.; Dzurjak, S.; Gaston K. (2022): Environmental risks from artificial nighttime lighting widespread and increasing across Europe. In: Science Advances 8 (37), eabl6891.

Schroer, S.; Huggins B.; Böttcher M.; Hölker, F. (2019): Leitfaden zur Neugestaltung und Umrüstung von Außenbeleuchtungsanlagen. Anforderungen an eine nachhaltige Außenbeleuchtung. BfN-Skripten 543. (Bundesamt für Naturschutz) Bonn.

Autorinnen und Autoren
Andreas Helsper

Andreas Helsper

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO)
Leitung Wissenschaftliche Begleitung und Fachliche Beratung
Tel.: +4915254536437