最新智能照明及可见光通信进展,看这篇就够了

原标题:最新智能照明及可见光通信进展,看这篇就够了

很多年前,当手机的功用还满足于停留在拨出、接听电话,以及收发短信的时候,也许没有多少人意识到若干年后的今天,“智能”与“大屏”早已颠覆了手机市场,也重新定义了人们的生活方式。历史总在似曾相识的循环中推进前行。如今,方兴未艾的智能照明仿佛也遵循着这条“老路”,但又别辟新径,并正在以细分新领域市场的姿态展示出它无穷的潜力。

就在今日(25日),由广东省高智新兴产业发展研究院、广东省半导体照明产业联合创新中心、新兴产业战略智库微信号发起的高智LED创新发展论坛,以“智造2016 · 智能风口下的LED智慧布局”为主题,于广州展开了一场热烈的探讨。

顾瑶瑶:谈移动互联时代下的LED智能技术

对此,E3Control (北京易方通达)CEO顾瑶瑶首先抛出了一个疑问:移动互联时代给LED照明赋予哪些新的意义?她指出“智能照明,是大势所趋”,随着无线技术的成熟,伴随着LED产业的成熟,以及智能手机的普及,智能照明迎来了春天。越来越多世界照明大厂陆续推出了它们的智能产品系列,同时智能照明开始和智能家居,以及家居的安防系统产生了越来越多的联动,成为家居平台中不可或缺的一环。另一个趋势是智能照明在商业楼宇中的应用越来越广泛。由于智能照明在节能方面有着很好的表现,美国能源部把智能照明作为未来推广的重点节能技术之一。

智能照明将于我们的生活和工作密不可分,并且和健康和安全结合得越来越紧密。另一方面,可以看到智能控制的成本已在大幅下降,因而有理由相信在未来5-10年,智能控制会成为所有照明产品、所有电气设备的标配。

智能照明能满足人们很多的需求,其中就包括节能需求,不论家庭用电还是商业用电,照明用电占总体用电的比例都非常大,而且会发现当中有着很多纯属浪费用电的状况。若使用智能照明,做到真正的按需照明,就能减少一些不必要的浪费。通常而言,照明用电占商业楼宇电力总消耗的20%~30%面对如此占比大的电力消耗量,从一方面揭示了“节能一种“刚需”的现实。她表示:“在我们安装的实际智能照明案例,节能比高达88% ,其中这还不包括替换LED所产生的节能。”

图一

除了出于节能的需求,还有例如在会议室、宾馆、酒吧等场所对情景照明的需求。使用传统的有线技术实现情景照明,会导致成本较高,而通过无线技术,可以很轻松地对各种场景进行配置和应用。她举出了一个游戏酒吧的主题切换,来展现情景照明的应用实例(见图一)。此外还有满足于个性化照明的需求,即所谓的“You set the space by setting the lights”(你可以用光来改造空间),通过改造光来把家庭改造成想要的空间。此外还谈到了办公区域和商铺照明的个性化照明,例如为了更好刺激创新和交流,通过智能化照明的改造,新一代的办公区域可以给每个员工定制一个专属的个性化办公空间。而理想中的商铺照明,应该随着季节和产品的变化,不断调整光的配合,以达到刺激消费和扩大销量的目的。

在谈到智能照明技术的最新沿革时,顾瑶瑶首先介绍有线的控制技术,把DMX512与DALI两种常用的控制系统分别进行了比较,其中DMX512的特点是动态效果,刷新率高,适合于舞台灯光、户外照明控制,单向控制,一主多从,有线控制。DALI的特点则包括:静态控制,双向通信,可接入传感器,抗干扰能力强,适合于进行室内照明智能控制,例如在很多的五星级酒店都会装有DALI系统。但是,由于有线系统的铺线本比较高,复杂度比较高,工期也比较长,某种程度上限制了智能照明的发展。反观无线技术因为不需铺线,从安装到使用都非常灵活。

图二

目前,智能照明常用的无线技术种类繁多,包括了ZigBee、Thread、 ZWave、WiFi、BLE Mesh等十余种常用的可供选择(见图二、图三)。各种无线技术各有特点,各有优劣。顾瑶瑶表示,无线技术在经过十几年的发展,已经是非常稳定可靠,足以大规模使用的一项技术。另外,无线技术给人的印象还有缺乏统一的标准,对此她指出,无线技术恰恰不是缺乏标准,而是标准太多。

她针对其中的几种进行了重点的讲解:ZigBee的供应链成熟,在全球拥有超过400家成员公司,世界通用频段为2.4GHz。但是它兼容性问题有待解决,组网能力强,然而使用较为复杂,对超低功耗设备支持也不是很好。Z-Wave的历史久,技术成熟,而且兼容性非常好。但其供应商单一,处于完全封闭的技术。

图三

WiFi是早期为了取代有线局域网而设置的,因此主要的设置目标是增加传输速率,所以它低功耗方面的性能就远远低于ZigBee和Z-Wave。因此智能家居在最初的时候也并没有把WiFi看成是一个很好的智能家居无线技术,但是随着智能手机的普及,WiFi得到的关注越来越多。现在看来,WiFi是非常适合用作智能单品,首先WiFi设备不需要网关就可以接入到家庭的网络中,和手机之间进行通信,同时还天生具有远程控制的功能,但由于它自身的组网能力不强,控制延时也稍长,因此也只限于智能单品和少量设备的控制, 不适合于大范围照明设备的组网。

此外,谷歌在2014年推出了一个类似于ZigBee升级版的新技术,Thread的底层和ZigBee相同,上层则比ZigBee更进了一步,做成与IP是完全兼容,可以预见未来在市面上将会出现很多支持Thread的家庭路由器,从而具有和WiFi一样的优势,不需要网关就可以接入到家庭网络中。

Bluetooth LE Mesh则是智能手机标配,它无需网关直接与智能终端通信,充分利用手机人机交互。其优秀的自组网功能,扩大了控制范围。而且其低功耗支持好,有强大的组网能力,可达双向250节点,单向1000节点。其家用优势也很明显。

胡宁斗:透析LED室内定位技术与项目

在进行LED室内定位技术与项目的介绍中,华策光通信科技有限公司总经理胡宁斗讲解了一项创新专利技术——可见光通信技术(U-beacon)技术原理(见图四),即将需要传输的信息编译成一段调制信号,用脉宽调制的方法附加到LED灯具的驱动电流上,利用室内无处不在的光源作为发射载体,以不增加任何硬件的智能手机接收并解码,解析出灯具发送的ID信息。利用所获取的身份识别信息在地图数据库中确定对应位置信息,完成定位,解决了室内精准定位这一世界性难题。

图四

他表示,这项技术优势在于其室内定位精度在1米以内,达到了亚米级别。从下方图示(见图五)中可以清晰地说明,能够满足亚米级定位精度以及规模推广,LED的可见光通信技术由于其照明的认知普及度、经济性而胜出。

图五

据胡宁斗介绍,目前室内定位技术主要有手机基站、蓝牙、红外、WiFi等技术,然而,因其定位技术各自的局限性,限制了他们大规模的推广应用,特别是必须单独部署一套定位网络,造成成本过高。

图六(LED室内定位的优势)

图七(与WIFI室内定位对比)

他还从两方面谈及室内定位的市场机会,其一是从白光通信技术的创新点来看,包括三大点:1、LED照明由商品向通信链路的演变。可见光通信技术是照明领域的一项重大发明成果,它让LED照明由单一的终端商品演变为一个产业链的链条,将带动室内位置相关室内地图,精准信息服务,新的社交形式构建,真实场景的游戏娱乐,室内行为轨迹的大数据等领域的发展,可为实体商超业,大型室内公共空间,专业领域等提供一系列的配套解决方案;2、成本低、配置简。在位置部署方面,可以直接利用室内空间现有的照明灯具部署方案,不会对照明灯光有任何影响;在成本方面,LED照明灯具的改造根据不同情况,可以有不同解决方案,可以将非常低廉的成本做到更低。如在现有的LED灯具只增加一个低成本的定位模块即可,而且结合室内空间具体情况,可以只对其中部分照明灯具进行改造;3、信息稳定安全,不受环境影响,保密性强。不受室内环境下的多路径、多障碍等因素的任何环境影响,只有在特定的灯光位置下,信息直线性一对一传输,保密性强。

另一方面,从行业契机上分析又有四大点,包括:1、LED灯具改换浪潮,政策支持。EMC合同能源管理合作,助力定位LED灯具布点,完善基础定位布置,建立全国室内空间位置库;2、 国家推进智慧城市。于“国家新型城镇化规划2014至2020”提出推进智慧城市建设,基于室内位置的通信技术将不可或缺;3、O2O市场蓝海。即商场,酒店,展馆,医院等基于实体位置的线下线上互通互动,行业正在爆发;4、抗干扰、无辐射、信息安全,特殊领域应用。包括煤矿、军队、核电站、监狱等垂直行业。

图八

最后胡宁斗又介绍了华策光通信的市场战略和解决方案,包括行业应用,基础技术设施及商业服务(见图八)。其中矿山解决方案中,即通过光定位实时确认矿井下工作人员的位置,并为救援提供有效的位置信息,从而为矿井下工作人员保驾护航(见图九)。

图九

鉴于核电站辐射区域禁止使用无线信号,可由定位徽章进行定位,首先徽章接收光信号,其次灯具ID与徽章ID绑定,如何将绑定信息通过光传到后台服务器,从而定位工作人员当前的位置(见图十)。

图十

最后,在机器人应用解决方案中,可通过提供机器人定位服务:1.目前服务型机器人要么用定轨道(地磁);2.要么用激光定位技术(可变轨),激光定位一套设备成本在2万—10万人民币。据其透露,用LED灯+定位终端,单套设备成本在500—1000人民币。

黄峰:在智慧照明风雨前行

智慧照明从兴起到逐渐发展起来,并不是在风调雨顺中孤单前行,它需要得到各方技术“风雨同路”的支持,才能披荆斩棘,共创未来。它的发展背后依仗有哪些“功臣”?飞利浦照明(中国)互联照明标准总监黄峰讲述了涵盖LED技术、IT技术、通讯技术、传感器技术、控制技术等在内,将促成智慧照明技术发展的五大领域技术(见图十一)。黄峰通过刚过去的2015年,及展望2018年和2020年里LED照明、IT平台、通信互联、传感器和控制五大技术的发展程度作对比,描述了智慧照明在未来发展中的技术路线。由于这五种技术现在发展在不同的阶段,他预计到2020年,相关的技术就会成熟,也就是到了那时智能照明才有一个大爆发(见图十二)。

他展示了根据飞利浦的数据所做的一个预测(见图十三),传统照明的曲线在经过2011年的时候达到了顶点,之后是一个下降的趋势。LED则是呈现一个慢慢上升的趋势,智能照明也是慢慢上升的趋势。图中标注了两个节点,其中一个处于2016年的节点是传统照明和LED照明一个比例的转换,反映了LED照明正逐步地取代传统照明,LED智能照明则是一个快速上升的过程,预计到了2020年的时候,会得到一个大发展。

根据这个趋势可以看出,对照明企业来说,发展会是一个三角形的架构(见图十三)。最底层的蓝颜色表示企业要做好灯具、LED光源、LED驱动三块业务,这是现在最大的利润来源。在这个基础上再做绿颜色的部分,把各种各样的灯具、光源,或者控制的对象连接起来,加上传感器之后,涉及很多的数据,在这些数据的基础上开发出有用的应用,那么,第三步就是到达了一个应用的阶段。

图十一

图十二

图十三

黄峰通过智能家居的图谱(见图十四),指出这反映了现在智能家居领域确实非常热门。例如来自不停地转型的家电领域,包括海信,海尔、美的、长虹、东芝、松下、三星等,其次是原来从事IT行业,ICT的通信技术,如小米、阿里巴巴、百度、360、京东、谷歌、华为、联想、中移动、中联通、中国电信等。还有照明企业也在做智能家居,但更多的是局限于照明方面,如欧普、飞利浦、GE等。最后是一些Starup的公司,如欧瑞博、顺舟科技等。这四方面的公司都在进行智能家居产品的推广。

图十四

然而,在黄峰看来,目前智能家居还处于是外冷内热的状态,“企业很热闹,用户看热闹,产品叫好不叫座”的尴尬地位。首先体现在“成本高”的问题上,用户还是难以接受,未到甜蜜点。其次是“不智能”,仅仅是人工控制缺乏自动控制和智能控制。以及“需求不明确”,用户不知道自己要什么,远远没有达到解决用户痛点的程度,也没有抓住用户痒点。然后是“企业盈利模式不明显”,急需探索从提供智能硬件到提供增值服务的商业模式。最后是“安全隐患”,即产品安全(CCC)问题和“数据裸奔”的隐患。

眭世荣:展望2016LED产业大变革

据广东省高智新兴产业发展研究院长眭世荣引述自GSCResearch的研究报告指出,从全球数据来看,2015年由于受经济影响,全球照明市场并没有迎来大的变革。2015年全球照明市场规模约为1510亿美元,复合增长率在3.7%。预计2020年为2068亿美元,复合增长率约为6.5%。尽管全球照明产品并没有快速增长,但是LED照明正在快速的完成替换传统的照明光源以及灯具,LED市场渗透率快速攀升。2015年全球LED照明市场规模为557亿美元,市场渗透率36.9%。预计到2020年,全球LED照明市场将以年均20.36%的增速增长,渗透率达到63.9%。

2010-2020年全球照明市场情况

在2015年LED主要市场中,家居照明、商业照明、工业照明、市政照明、特种照明渗透率分别为35.5%、33.0%、16.2%、46.7%、52.7%。家居照明市场跃居主要应用市场。预计家居照明市场将快速打开, 2020年家居市场LED市场渗透率在将上升至69.8%。2015年,全球LED显示的市场规模为125亿美元,预计2020年,全球LED显示的市场规模将达到309.6亿美元。

他介绍道,相关行业统计显示,2015年我国半导体照明产业整体规模达到4245亿元人民币,较2014年增长21%,与过去10年年均超过30%的增长率相比,增速明显下降。据不完全统计,全国LED企业3.5万多家。其中规模以上企业8200多家。其中,广东拥有LED规模以上企业4200多家,占比51%;其次是浙江省,规模以上企业1300多家;江苏省规模以上企业1000家左右。此外,外资和合资企业占比中国所有规模以上企业的比例为30%。数量2400多家。

中国LED照明产品出口方面,2015年中国LED照明产品出口约为255亿美元,同比增长45%,2010-2015年年均增长52%。在中国LED照明产品出口规模基数增大和全球经济增长趋缓的形势下,未来整体出口增速将有所回落,预计2015-2020年年均增长速度为32%。从2015年中国LED照明细分产品出口规模来看,出口规模排在前三位的分别是天花板灯、投射灯、面板灯,占比分别为29%,14%、11%。

在总结2015年LED产业发展特点时,眭世荣指出三大方面:其一,中国LED行业结构性过剩与区域性过剩继续存在;其二,行业竞争 全面“白热化”,国内外大厂降价潮齐上演;其三,并购成为行业发展常态,行业整合洗牌与升级正在加速。(见下图)

眭世荣又分别从市场、出口、政策、技术、应用市场等方面来阐述了对2016LED产业变革预测。他预计,全球范围城市化建设和基建投入的放缓、各国经济的增长趋于缓慢增长。尽管LED渗透率持续成长,但是LED的效率提升导致LED使用颗数减少,加上LED价格仍有跌价压力因此,展望未来五年,全球及中国LED产业规模增速放缓:全球LED产业的年复合成长率很难超过10%以上的成长幅度;中国LED产业规模增长率从2014年开始出现下滑趋势,从2013年的65.1%下滑至2015年的21.9%。预计未来这一趋势还将持续存在。

2015年占比居首的家居照明,与其他照明市场占比的差距不大。伴随着全球LED照明渗透率的大幅提升,LED照明应用市场的格局将会发生改变。预计2020年,LED家居照明将进一步普及,其市场规模及占比(512.5亿美元、37.8%),远超商业照明(369.4亿美元、27.2%),家居照明成为LED照明市场绝对主流。而LED显示市场的热点领域是LED背光源,随着LED光渗透率提升,2015年LED背光已经在液晶电视和笔记本电脑中渗透率已超过80%,预计未来呈现完全替代的趋向。

与此同时,中国跨国并购、海外投资设厂将影响世界照明产业格局。跨国并购可以获得标的企业现有渠道、品牌价值、LED核心专利技术,规避知识产权纠纷风险,有效提升企业国际影响力和竞争力。跨国并购将成为中国企业国际化最直接、最常用方式,对改变世界照明产业竞争格局产生重大影响。在LED海外市场需求旺盛、国家“走出去”“一带一路”等宏观政策影响下,国内LED厂商在市场需求旺盛且生产成本较低的新兴市场投资设厂,更利于抢占当地市场。

中国LED产品出口随着“一带一路”新兴市场增速加快。“一带一路”沿线大多是新兴经济体和发展中国家,基础建设对照明需要巨大。随着国家一带一路战略的实施,出口一带一路市场增速将高于全国LED照明产品出口整体水平,增长前景喜人。2015年中国LED照明出口“一带一路”市场约为100亿美元,同比增长43%,占全国LED照明产品出口比例为38%左右。预计2013-2020年中国LED照明产品出口“一带一路”年均增长速度约为58%,至2020年出口中国LED照明产品出口一带一路约为530亿美元,占全国份额超过50%。

在政策上,“鼓励产业创新”+“推动产业走出去”内外并举。在中国政府不断投入大量的资金补贴LED企业等政策扶持和刺激下,中国LED产业发展突飞猛进,产能急剧扩张并出现产能过剩现象的同时,上游的MOCVD设备或是部分材料还是只能够仰赖国外企业核心技术。针对以上上问题,未来中国政府将主要围绕鼓励产业创新和产业走出去制定相关政策保证LED行业健康持久发展。一方面支持上游核心技术创新和新技术应用发展,例如宽禁带半导体、物联网时代的智能照明应用等。另一方面加大国际产能合作,推动产业走出去步伐。

如今,LED衬底第三代半导体技术正处于方兴未艾的阶段。第三代半导体材料在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域应用前景广阔。以SiC为代表的第三代宽禁带半导体技术在LED半导体照明领域不断取得新突破,应用前景和市场潜力巨大。近期,中国科技部发布了关于“国家重点研发计划高性能计算等重点专项2016年度项目申报指南的通知”(国科发资〔2016〕38号),第三代半导体材料与半导体照明位列其中,第三代半导体发展上升为国家战略层面。

从技术上看, CSP倒装技术掀起新一轮市场热潮。目前,随着倒装芯片的投资上扬、技术成熟, CSP在电视背光和通用照明应用领域渗透率进一步提高。其中,目前飞利浦、科锐、三星等企业被认为是CSP巨头,技术较成熟,多应用与手机闪光灯。国内长电、立体光电、德豪润达、晶科等LED企业纷纷表示将陆续推出CSP产品,并与巨头有所合作,未来实现量产势必引起市场热潮。

此外,应用市场也在发生变革,“互联网+”跨界整合推动LED应用市场升级。面对LED行业日益残酷价格战、并购潮、倒闭潮, 产品毛利率也在不断降低,在国家“互联网+”战略引导下,众多企业转向开辟附加值高、新细分领域蓝海市场。

在此背景下,互联网+LED深度融合产生的LED智慧照明、可见光通信(Lifi)、LED电商等成为国内外LED厂商新的角逐战场。眭世荣分别从以下五方面预判了LED产业未来发展的新趋向:1、UL-LED诸多应用市场进一步普及;2、可见光通信打开为无线通信新局面;3、LED智能照明优势明显,更加契合绿色、环保、智慧发展潮流;4、LED智能照明将点亮“互联网+”时代照明市场新增长点;5、互联网、照明、通信企业跨界整合,智能照明迎来新发展阶段。

(注:以上内容根据会议现场录音整理,未经演讲嘉宾审核,仅供内部学习,如有纰漏,欢迎指正。)

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来源:新兴产业战略智库(ges_org),转载请注明。

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