Kodėl energijos taupymo projektavimas yra svarbus ilgai veikiančioms išmaniųjų namų ekranams

Neįžvelgiamos visada įjungtų išmaniųjų namų ekrano įrenginių sąnaudos

Išmaniosios namų ekraninės įrangos prietaisai veikia nuolat, 24 valandas per parą, 365 dienas per metus. Skirtingai nei išmanieji telefonai, kurie miega kišenėse, ar planšetiniai kompiuteriai, kuriuos įjungia tik pagal poreikį, išmaniosios namų ekraninės įrangos prietaisai, pritvirtinti prie sienos ar pastatyti virtuvės darbastaliuje, lieka apšviesti ir reaguojantys visą parą. Šis „visada įjungta“ veikimo modelis sukuria reikšmingą energijos suvartojimo problemą, kurią produktų kūrėjams būtina spręsti inžineriniu lygmeniu. Dirbdamas su išmaniosios namų ekraninės įrangos produktų energijos biudžeto optimizavimu Europos ir Šiaurės Amerikos rinkose, dokumentavau, kaip apgalvoti energijos taupymo sprendimai gali sumažinti ekraninio modulio energijos suvartojimą 40–60 procentų, neprarandant naudotojo patirties kokybės. Gamintojams tai tiesiogiai reiškia mažesnį produkto grąžinimų skaičių, žemesnius šilumos valdymo kaštus ir atitiktį vis griežtesniems tarptautiniams energijos naudojimo efektyvumo reikalavimams.

Išmaniosios namų ekraninės įrangos energijos biudžeto supratimas

Tipiškas 7 colių išmaniojo namo ekranas su standartine LED fonine šviesa veikimo metu sunaudoja nuo 3,0 iki 5,0 vato. Nors tai atrodo nedidelė vertė, metinis energijos suvartojimas siekia nuo 26 iki 44 kilovatvalandžių vienam įrenginiui – kiekis, palyginamas su vidutinio dydžio šaldytuvo energijos suvartojimu. Namų ūkyje su trimis ar keturiais išmaniojo namo ekranais ekrano energijos suvartojimas gali sudaryti 5–8 procentus viso namų ūkio elektros energijos suvartojimo. Foninės šviesos sistema, kuri apšviečia LCD ekraną, paprastai sunaudoja 70–80 procentų viso išmaniojo namo ekrano energijos, todėl ji yra pagrindinis energijos optimizavimo tikslas. Likusi energija paskirstoma tarp ekrano valdymo integrinės schemos, liestukinio valdiklio ir sąsajos logikos.

Foninės šviesos konstravimas: pagrindinis energijos sumažinimo veiksnys

Foninio šviesos reguliavimas suteikia didžiausias energijos taupymo galimybes protingų namų ekranų moduliams. Trys pagrindiniai sprendimai užtikrina matomą efektyvumo gerinimą. Pirma, naudojant aukštos efektyvumo LED elementus su šviesos naudingumo koeficientu virš 150 lumenų vienam vatai (palyginti su standartiniais LED elementais, kurių šviesos naudingumo koeficientas – 80–100 lm/W), foninio apšvietimo energijos sąnaudos sumažėja 30–40 procentų, išlaikant tokį patį šviesumą. Antra, įdiegus dviejų ar kelių zonų foninio apšvietimo pritemdinimą protingo namo ekranas gali sumažinti šviesumą tose ekrano vietose, kur rodoma tamsi turinio dalis, todėl tipinėse naudojimo situacijose energijos sąnaudos sumažėja 15–25 procentų. Trečia, optiniai pagerinimo plėvelės – būtent šviesumo pagerinimo plėvelės (BEF) ir dvigubos šviesumo pagerinimo plėvelės (DBEF) – perdirba šviesą, kuri kitaip būtų sugerti ekrano poliarizatoriuose, todėl bendra optinė efektyvumas pagerėja 20–30 procentų.

Priminamas ryškumas ir aplinkos šviesos jutimas

Protingojo namų ekrano, kuris tamsiame miegamajame išlaiko visą ryškumą, naudojimas švaisto energiją ir sukelia vartotojui nepatogumų. Priminamojo ryškumo valdymas, naudojantis aplinkos šviesos jutikliu (ALS), įmontuotu į ekraną, dinamiškai reguliuoja foninės šviesos intensyvumą priklausomai nuo aplinkinės apšvietimo sąlygų. Naktinėje veiklos būsenoje protingojo namų ekrano ryškumas gali būti sumažintas iki 30–50 cd/m², o tai leidžia sumažinti foninės šviesos energijos suvartojimą iki 85 procentų lyginant su dienine veikla, kai ryškumas yra 350 cd/m². Mano patirtimi, ALS pagrįsto priminamojo ryškumo įdiegimas vidutiniškai kasdien sumsuma 45–55 procentais sumažina energijos suvartojimą protingųjų namų ekranų įrenginiuose, įrengtuose miegamuosiuose ir gyvenamųjų patalpų, kur aplinkos šviesa per parą labai kinta. Aplinkos šviesos jutiklis į modulio kainą prideda maždaug 0,30–0,50 JAV dolerių, o tai užtikrina energijos taupymo grąžinimo laikotarpį trumpesnį nei 6 mėnesiai.

Miego režimas ir dalinio ekrano strategijos

Bez šviesos intensyvumo reguliavimo protingų namų ekranų produktai taip pat naudoja išmaniuosius miego režimo veiksmus. Kai nustatoma, kad vartotojas neveikia jau nustatytą laikotarpį, protingasis namų ekranas gali pereiti į mažos galios būseną, kurioje rodoma tik būtina informacija – laikas, oras ir pranešimų piktogramos – tamsiame fone. Šis dalinis rodymo metodas aktyvuoja foninę šviesą tik toje ekrano dalyje, kur rodoma būtina informacija, todėl energijos suvartojimas sumažėja iki 0,5–1,0 vato. Kai kurie pažengę protingų namų ekranų projektai įdiegia visada įjungto ekrano (AOD) režimą, naudodami antrinį žemo raiškos atminties LCD ekraną, kurio energijos suvartojimas yra mažesnis nei 0,1 vato, tuo tarpu pagrindinis TFT arba IPS ekranas lieka giliame miego režime, kol neaptinkama vartotojo sąveika. Pereinant iš AOD režimo į pilną rodymą, tai turi įvykti per 200 milisekundžių, kad būtų išlaikyta greita vartotojo sąveika.

Atvejo tyrimas: Protingų namų ekrano energijos optimizavimo projektas

2024 metau aš vadovavau energijos optimizavimo iniciatyvai Šiaurės Amerikoje veikiančios išmaniųjų namų ekranų gamintojui, kuris gavo klientų skundų dėl per didelio šilumos išsiskyrimo ir per didelės energijos sąnaudų režimu laukimo būsenoje. Pradinis 7 colių išmanusis namų ekranas veikdamas sunaudodavo 4,8 vato, o laukimo būsenoje – 3,2 vato – nepriimtina visada įjungtam įrenginiui. Mūsų optimizavimo programa įdiegė tris pakeitimus: standartinių šviesos diodų pakeitimą aukštos naudingumo mikroschemomis (taupydama 1,3 vato), aplinkos šviesos jutiklio su pritaikytu ryškumu pridėjimą (vidutiniškai taupydama 1,8 vato) ir dalinės ekrano miego būsenos įdiegimą (sumažindama energijos sąnaudas laukimo būsenoje iki 0,8 vato). Visų optimizavimų derinys sumažino veikimo metu sunaudojamą energiją iki 2,2 vato ir laukimo būsenos energijos sąnaudas iki 0,8 vato – kas reiškia 54 procentų sumažėjimą kasdienėse energijos sąnaudose. Skundai dėl šilumos išsiskyrimo išnyko visiškai, o produktas gavo ENERGY STAR sertifikatą, atverdami prieigą prie komunalinių įmonių grąžinimo programų, kurios padėjo padidinti pardavimus 18 procentų rinkose, kuriose galioja šios programos.

Reguliavimo atitikties ir energijos standartai

Išmaniosios namų ekranų prekės, parduodamos pasaulinėse rinkose, turi atitikti vis griežtesnius energijos naudojimo efektyvumo reikalavimus. Europos Sąjungos ErP (susijusių su energija produktų) direktyva nustato, kad elektroninių ekranų miego režimo energijos sąnaudos turi būti mažesnės nei 0,5 vato. Jungtinių Amerikos Valstijų energijos departamentas nustato metines energijos sąnaudų ribas mažosioms ekranų priemonėms. Kinijoje GB 24850 standartas nustato ekranų produktų energijos naudojimo efektyvumo klasifikacijos reikalavimus. Išmaniosios namų ekranų gamintojams reikia kurti energijos valdymo sistemas, kurios atitinka griežčiausius taikomus standartus, nes produktai dažnai tiekiami į kelias regionų rinkas. Energetinės našumos dokumentavimas, atliekant sertifikuotų laboratorijų tyrimus – įskaitant veikimo energijos sąnaudas, miego režimo energijos sąnaudas ir metinių sąnaudų skaičiavimus – yra būtinas rinkos prieigos ir vartotojų pasitikėjimo užtikrinimui.

Įmonės įžvalga

Weitai Technology integruoja energijos taupymo projektavimo principus į kiekvieną protingų namų ekranų modulį, siūlydama aukštos efektyvumo foninio apšvietimo konfigūracijas, aplinkos šviesos jutiklių integraciją ir pritaikytą maitinimo valdymo programinę įrangą. Įmonės optinio suklijavimo galimybės padidina šviesos perdavimo efektyvumą, sumažindamos foninio apšvietimo energijos poreikį ir tuo pačiu gerindamos ekrano kontrastą. Turėdama ISO 14001 aplinkos valdymo sertifikatą ir naudodama RoHS atitinkančias medžiagas, Weitai padeda protingų namų įrenginių gamintojams atitikti tarptautinius energijos naudojimo efektyvumo reikalavimus, išlaikant konkurencingą ekrano našumą ir vaizdo kokybę.

Dažniausiai užduodami klausimai

K: Kiek energijos suvartoja tipiškas 7 colio protingų namų ekranas?

A: Standartinis 7 colio protingų namų ekranas su LED foniniu apšvietimu visiškai veikdamas suvartoja 3,0–5,0 vato. Tačiau taikant energijos taupymo funkcijas, pvz., aukštos efektyvumo LED elementus, adaptacinį ryškumą ir miego režimą, šis rodiklis gali būti sumažintas iki 1,5–2,5 vato įprastinės naudojimo sąlygomis ir iki 0,5–1,0 vato laukimo režime.

K: Ar adaptuojamasis ryškumas neigiamai veikia naudotojo patirtį?

A: Teisingai įdiegtas adaptuojamasis ryškumas pagerina, o ne pablogina naudotojo patirtį. Perėjimas turi būti palaipsniui (per 2–3 sekundes) ir naudoti aplinkos šviesos slenksčius, sureguliuotus pagal tipiškas namų aplinkas. Naudotojai nuolat praneša apie pagerėjusį komfortą, kai ekrano ryškumas atitinka patalpos apšvietimą.

K: Ar OLED yra geresnis už LCD energijos taupymui išmaniojo namo ekrane?

A: OLED užtikrina geresnį energijos taupymą turiniui su dideliais tamsiais plotais, nes kiekvienas pikselis yra savarankiškai šviečiantis ir gali būti visiškai išjungtas. Tačiau išmaniojo namo ekrano programinėje įrangoje, kur dažniausiai rodomi ryškūs sąsajos elementai, aukštos efektyvumo LCD su zonų pritemdimu gali pasiekti palyginamą energijos naudojimo efektyvumą žymiai mažesne kaina. Pasirinkimas priklauso nuo tipiško turinio mišinio.