「照明即平台」融合智慧互連

作者 : Matthew Reynolds,英飛凌科技照明、智慧家庭和新興市場部資深產品行銷經理

智慧型照明系統的崛起為照明創造了機會,使其成為各種創新形式的平台...

有些創新需要很長一段時間才能在全球造成影響,而其他有些創新則可以迅速地創造出巨大的變化。照明產業可能會將自己歸納在上述的第二類型——當它開始用更高效率的LED燈具取代低效率的白熾燈照明時。政府的管制、折讓優惠計劃以及製造業的規模效率等,都有助於加速此一轉變。

現在,照明市場的消費者能夠以多一點點的成本購買到比以往更高品質的產品。這更高的品質究竟高出多少呢?白熾燈將電轉化為光的效率約為 4%,至於LED,其轉換效率則是接近50%。

將這種效率提升對大型市場的效應匯整起來,可望造就「聚沙成塔」般的巨大能源節約。例如,美國能源部(U.S. Department of Energy;DoE)提出了一個加速採用固態照明(SSL)的計劃,並估計如果該計劃在2019年12月達到目標,美國在2017年和2035年之間使用該技術就能省下8,900億美元的照明費用。此種節能之舉也將轉而減少照明對氣候變遷的衝擊。

人類喜歡光亮,因為它可以幫助我們更有安全感,而且它也總是讓我們聯想到溫暖。當照明變得更便宜時,我們可能會超過日光施加的限制,使用更多的照明來延長白天的時間,照亮更多的環境,讓它們更加明亮。因此,對於致力提升整體照明能源效率的產業而言,其所面臨的挑戰是引進更高的智慧性。所以,我們要在合適的地點提供適量的光、合適的強度、顏色和品質。

圖1:智慧照明控制採用近距離無線通訊(NFC)讀取器,以無線的方式將編程資料傳輸至LED驅動器中的NFC標籤。(圖片來源:Infineon)

我們還需要推動照明的新應用。例如,在醫療保健方面,有一整個研究領域如雨後春筍般地湧現,對於「光生物調節」(Photobiomodulation)進行探索,此即光如何改變人體細胞過程的能力。儘管我們可能本能上或因父母嘮叨而知道「出去曬太陽對我們有好處」,然而光生物調節研究正試圖弄清楚的是,特定類型的細胞吸收某種特定波長的光將如何改變特定的生物過程。

雖然這方面的研究工作還在進行中,但根據實證研究顯示,有些波長的光會影響我們二十四小時的生理節奏,幫助我們對抗憂鬱,或改善我們的情緒和注意力。照明線索被認為對農業有類似的效果。例如,有些光波長特別適合促進光合作用。

照明即平台

智慧型照明系統的崛起正為照明創造了機會,使其成為各種創新形式的平台,包括建築物運作的方式、我們在同一個空間中為不同活動照明的方式,以及我們用照明塑造城市景觀的方式。

 

圖2:智慧型照明平台包含四個主要部份:微控制器(MCU)驅動的中央控制板、無線連接模組、LED照明驅動器和感測器介面。(圖片來源:Infineon)

每當引進新技術而實現新的創新領域時,在該創新領域取得長期成功之前就會有更多的產品和服務推出。LED版的家用燈泡已被大量採用。此外,還有大量創新利用LED的低能源消耗來創造全新的照明場景。例如,將LED燈條用於廚房櫥櫃下方的照明,或用於強化建築特色。

然而,其它創新的進展並不順利,至少到目前為止算是這樣。例如,有些照明製造商以「照明即服務」(lighting as a service)作為試驗,在整個建築物內提供某種程度的照明,加上安裝和維修燈泡及燈具,並藉此收取月費。從理論上來講,這是一個有趣的構想,因為它為建築管理團隊分擔了關鍵性的任務。然而,收取每個月的服務費並不適合企業和市政當局的年度預算週期。

同樣地,有若干創新者認為,由於照明在建築物中隨處可見,而且還搭配著有線電源,因此照明設備可能成為多種形式的感測器平台。顯然地,第一步就是在場的人員偵測(presence detection),使用被動的紅外線感測器(Passive Infrared Sensor;PIR)或是新近的低成本雷達,以檢查室內是否有人。因此,也就可以在不需要使用時把照明關掉。

這一類平台還可用來將空氣品質和二氧化碳(CO2)感測器帶入房間,以協助確保健康的生活和工作環境。接著,感測器能為控制演算法提供更好的輸入資料,因而有助於更有效率的管理暖氣、通風和空調(HVAC)系統。對於健康且有效率的建築物而言,這是一個極具吸引力的願景,但是在實務上,建築物的擁有者可能不想要經常更新建築物的管理系統,或者在其使用期間一點都不想進行更新。因此,「照明即平台」(lighting as a platform)可能只會在新建築物中導入。

照明的智慧化

提供智慧照明控制的產品種類繁多,其中包括MCU、具有網狀網路的藍牙(Bluetooth)晶片、用於分配網際網路連線的Wi-Fi和藍牙組合晶片、上述環境管理用的雷達和CO2感測器,以及保護智慧照明系統免受駭客攻擊的安全晶片等。

朝向固態照明的轉變是一個創新的例子。此創新在相當短的時間內已為我們的生活帶來重大的變化。隨著如今固態照明系統的成熟,智慧照明控制提供了可以從根本上改善我們生活的另一個機會,所需要的只是大量的創新構想和理想的合作夥伴,以降低導入的風險。

(參考原文:‘Lighting as a platform’ incorporating connectivity, intelligence,by Matthew Reynolds)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年2月號雜誌

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