Đèn LED jumbotrons hoạt động dựa trên công nghệ bán dẫn, trong đó điện năng kích thích các electron đủ mạnh để phát ra ánh sáng. Những màn hình hiện đại này chuyển đổi khoảng 90% năng lượng thành ánh sáng nhìn thấy, hiệu quả hơn nhiều so với các hệ thống CRT hoặc máy chiếu cũ chỉ đạt khoảng 20%. Lý do chính cho hiệu suất cải thiện này? Đó là phát quang điện trực tiếp. Mỗi điểm ảnh nhỏ trên màn hình tự phát sáng mà không cần các thành phần tốn điện như đèn nền, bộ lọc màu hay các lớp khuếch tán phức tạp làm hao tốn nhiều năng lượng. Nhờ vậy, các jumbotron LED thường tiêu thụ ít hơn từ 40 đến 60 phần trăm điện năng so với các loại màn hình truyền thống, đồng thời sinh rất ít nhiệt. Điều này khiến chúng đặc biệt phù hợp cho các hệ thống ngoài trời cỡ lớn, nơi việc quản lý nhiệt độ trở thành vấn đề lớn.
Ba thông số kỹ thuật phụ thuộc lẫn nhau quyết định nhu cầu năng lượng thực tế:
Các hệ thống điều khiển jumbotron hiện đại giờ đây được trang bị bộ xử lý tích hợp và các cảm biến môi trường giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng khi vận hành. Cảm biến ánh sáng xung quanh thực sự hoạt động rất thông minh, tự động điều chỉnh độ sáng màn hình dựa trên mức độ ánh sáng bên ngoài. Điều này có thể tiết kiệm khoảng 30% điện năng vào ban ngày tại các sân vận động nơi những màn hình lớn này hoạt động liên tục. Ngoài ra còn có một công nghệ gọi là PWM, có khả năng tắt các điểm ảnh không sử dụng và điều chỉnh dòng điện mỗi một phần triệu giây. Các bài kiểm tra cho thấy công nghệ này mang lại thêm 22 đến 35% tiết kiệm năng lượng khi so sánh với các tiêu chuẩn ngành. Tuy nhiên, điều làm nên hiệu quả thực sự của các hệ thống này chính là khả năng đọc đồng hồ thi đấu và phân tích nội dung đang hiển thị trên màn hình. Trong các đoạn phát lại hoặc thời gian nghỉ giữa hiệp, hệ thống sẽ giảm công suất vì không ai cần độ sáng tối đa khi khán giả đang trò chuyện giữa các hiệp đấu.
Các màn hình LED khổng lồ tiêu thụ điện năng ít hơn khoảng 60 đến 70 phần trăm trên mỗi mét vuông so với những màn hình CRT cũ hoặc các hệ thống chiếu mà người ta từng sử dụng trước đây. Hãy xem xét các con số: các màn hình truyền thống cần từ 800 đến 1.200 watt trên mỗi mét vuông chỉ để hiển thị hình ảnh, trong khi các màn hình LED hiện đại ngày nay chỉ hoạt động ở mức 300 đến 500 watt trên mỗi mét vuông dù đang phát ra độ sáng tới 8.000 nit. Điều gì khiến điều này trở nên khả thi? LEDs phát ra ánh sáng theo hướng cụ thể thay vì tỏa ra mọi phía, do đó hao phí năng lượng được giảm đáng kể. Chúng cũng không gặp phải các tổn thất quang học khó chịu vốn là vấn đề của công nghệ cũ. Hơn nữa, hệ thống quản lý nhiệt của chúng chủ yếu là thụ động, nghĩa là không cần các hệ thống làm mát tốn kém và ngốn thêm điện năng. Các màn hình cũ thường xuyên gặp vấn đề quá nhiệt và lãng phí ánh sáng, vốn chẳng bao giờ đến được bề mặt màn hình.
| Đường mét | Hệ thống CRT/Chiếu | Màn hình LED cỡ lớn hiện đại |
|---|---|---|
| Tiêu thụ điện trung bình | 900 W/m² | 400 W/m² |
| Hiệu suất độ sáng | 1,2 nit/watt | 20 nits/watt |
| Tản nhiệt | Yêu cầu làm mát chủ động | Làm mát thụ động/nhẹ |
Theo báo cáo đánh giá năm 2023 của Energy Star, sự thay đổi này giúp giảm tải năng lượng cho sân vận động hơn 22.000 kWh mỗi năm trên mỗi màn hình 50m².
Các màn hình LED khổng lồ giúp giảm chi phí vận hành cho các sân vận động trong vòng năm năm khoảng 40 đến 60 phần trăm so với công nghệ cũ. Lấy ví dụ hệ thống 100 mét vuông, có thể tiết kiệm khoảng bảy mươi tư nghìn đô la Mỹ chỉ riêng tiền điện khi tính toán dựa trên mức giá mười hai xu mỗi kilowatt giờ và thời gian sử dụng hàng ngày là mười hai giờ, theo nghiên cứu của Viện Ponemon từ năm ngoái. Phía bảo trì còn mang lại thêm giá trị. Màn hình LED kéo dài khoảng 100.000 giờ trước khi cần thay thế và hiếm khi bị hỏng hóc. Trong khi đó, các hệ thống chiếu cũ hoàn toàn khác biệt khi chúng cần thay bóng đèn mới với chi phí hàng ngàn đô la mỗi năm, cộng thêm các điều chỉnh định kỳ và chi phí làm mát bổ sung. Hầu hết các quản lý sân vận động thu hồi vốn trong vòng hai năm rưỡi sau khi chuyển đổi và đồng thời giảm lượng khí thải carbon gần 38 tấn mỗi năm.
Công nghệ Chip-on-Board (COB) cùng với các thiết lập mini-LED loại bỏ các lớp đóng gói truyền thống mà chúng ta đã thấy trong nhiều năm, thay vào đó đặt các điốt vi mô trực tiếp lên bề mặt chất nền. Thay đổi này giúp giảm điện trở nhiệt khoảng 40%, nghĩa là các nhà sản xuất có thể tích hợp nhiều điểm ảnh hơn vào không gian nhỏ hơn mà vẫn duy trì hiệu suất. Việc kết hợp các hệ thống này với các đèn mini-LED có kích thước dưới 200 micromet cũng mang lại những cải tiến thực tế. Các bài kiểm tra cho thấy mức tiêu thụ điện năng giảm từ 22% đến 35% so với các thiết kế SMD thông thường khi trải qua kiểm tra an toàn UL 60065. Việc bố trí các điốt gần nhau hơn cũng giúp ngăn ngừa vấn đề rò rỉ dòng điện và kiểm soát tốt hơn lượng nhiệt sinh ra. Kết quả là, màn hình có thể duy trì độ sáng ấn tượng ở mức 8.000 nit nhưng lại hoạt động với chi phí vận hành thấp hơn đáng kể theo thời gian.
Các màn hình lớn ngày nay dựa vào dữ liệu môi trường thời gian thực để quản lý mức tiêu thụ điện năng hiệu quả hơn bao giờ hết. Các thuật toán DBS này về cơ bản sẽ xem xét độ phức tạp của các hình ảnh chuyển động trên màn hình và sau đó điều chỉnh mức độ sáng ở bất kỳ đâu từ 1.500 đến 10.000 nit. Điều này giúp giảm khoảng 18 phần trăm lượng năng lượng bị lãng phí khi chỉ phát lại những nội dung tĩnh. Khi kết hợp với các cảm biến ánh sáng cao cấp được tăng cường thạch anh, toàn bộ hệ thống tự động điều chỉnh theo độ sáng bên ngoài. Vì vậy, khi ánh nắng chiếu trực tiếp vào màn hình, hệ thống sẽ giảm đầu ra khoảng 30 phần trăm nhưng vẫn đảm bảo mọi thứ hiển thị rõ ràng. Và điều quan trọng nhất là các hệ thống này ngăn chặn việc màn hình quá sáng vào ban đêm. Dù sao đi nữa, độ sáng quá mức sẽ khiến các công ty phải trả thêm nhiều chi phí điện năng, đôi khi lên tới gấp đôi so với mức bình thường.
Các bộ xử lý 16 bit mới nhất mang lại cho các nhà sản xuất khả năng kiểm soát tốt hơn nhiều khi quản lý đầu ra ánh sáng và các thông số về thời gian. Những con chip này thực tế hỗ trợ khoảng 65 nghìn mức độ sáng khác nhau cho mỗi kênh màu, nhiều hơn hẳn so với mức 256 tiêu chuẩn trong các hệ thống 8 bit cũ. Về mặt thực tế, điều này có ý nghĩa gì? Nó giúp giảm khoảng 12 phần trăm lượng điện bị lãng phí do các hiệu chỉnh màu không cần thiết. Và còn một lợi ích khác nữa. Công nghệ PWM đã được tinh chỉnh để có thể điều chỉnh tần suất các xung dựa trên nội dung thực tế đang được hiển thị trên màn hình. Việc điều chỉnh thông minh này giúp giảm tiêu thụ điện năng trong các khoảng thời gian không hoạt động gần 20%, mà vẫn không ảnh hưởng đến hình ảnh sắc nét như pha lê hay gây ra độ trễ giữa các khung hình.
Trước đây, khi màn hình chạy ở tần số quét 240Hz, các màn hình cỡ lớn tiêu thụ điện năng nhiều hơn khoảng 15 đến 20%. Tuy nhiên, mọi thứ đã thay đổi với công nghệ VRR. Cách tiếp cận mới này tách biệt mối liên hệ giữa tần số làm mới và nội dung hiển thị thực tế, cho phép màn hình duy trì ở mức 60Hz khi không có chuyển động nào xảy ra. Một số bài kiểm tra thực tế đã phát hiện rằng các màn hình cỡ lớn 4K có VRR chỉ cần thêm khoảng 3 đến 5% điện năng tối đa khi ở tần số quét cao so với các mẫu thông thường 60Hz. Điều này gần như bác bỏ quan niệm cũ rằng tần số quét cao hơn đồng nghĩa với việc tiêu thụ điện tăng theo cấp số nhân. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các thiết lập cực cao như 480Hz trở lên thường không hiệu quả về mặt năng lượng đối với màn hình cỡ lớn trong phần lớn trường hợp. Tốt nhất nên chỉ sử dụng chúng trong những tình huống đặc biệt khi thực sự cần thiết, thay vì bật liên tục.
Những tiến bộ mới nhất trong công nghệ jumbotron đã thành công trong việc tách mức độ sáng khỏi việc đơn thuần tăng tiêu thụ điện năng. Mặc dù các màn hình có thông số 8.000 nit trông sáng gấp khoảng hai lần so với phiên bản 4.000 nit, thực tế chúng chỉ cần nhiều hơn khoảng 50 đến 70 phần trăm điện năng thay vì tăng gấp đôi. Các kỹ sư đạt được điều này nhờ một số phương pháp như điều khiển điện áp cục bộ trong các mạch điều khiển, các bán dẫn nhỏ hơn tạo ra ít điện trở hơn khi vận hành, và các nguồn điện có thể điều chỉnh đầu ra chính xác theo nhu cầu thực tế của màn hình tại từng thời điểm. Một thủ thuật khác là giảm sáng theo vùng (zonal dimming), giúp những phần tối trên màn hình về cơ bản ngừng tiêu thụ điện hoàn toàn mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh tổng thể hay làm mất chi tiết quan trọng ở các vùng sáng. Dữ liệu ngành công nghiệp cũng cho thấy một điều thú vị: các mẫu màn hình ngoài trời tốt nhất hiện nay tạo ra ánh sáng nhiều hơn khoảng 32 phần trăm trên mỗi oát so với các sản phẩm tương tự từ năm năm trước, chứng minh rằng những đổi mới này thực sự mang lại hiệu quả trong ứng dụng thực tế.
Khi các tấm pin quá nóng, chúng bắt đầu làm giảm dần lợi ích tiết kiệm năng lượng mà không ai để ý. Ví dụ, nếu nhiệt độ tăng lên 10 độ C, mức tiêu thụ điện sẽ tăng từ 12% đến 18%. Khi đặt những tấm pin này dưới ánh nắng trực tiếp, tình hình nhanh chóng trở nên nghiêm trọng. Nhiệt độ bề mặt thường vượt quá 60 độ C, gây ra vấn đề cho đèn LED do hiệu suất của chúng giảm xuống. Điều này có nghĩa là cần thiết lập độ sáng cao hơn để duy trì khả năng hiển thị, nhưng điều này đi kèm với cái giá phải trả vì các chất phát quang bị suy giảm nhanh hơn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Các bộ xử lý điều khiển cũng hoạt động chậm lại do cơ chế giới hạn nhiệt độ được kích hoạt. Tin tốt là? Các giải pháp làm mát thụ động gần đây đã có những bước tiến đáng kể. Những thứ như các bộ tản nhiệt được thiết kế đặc biệt hoạt động hiệu quả hơn với luồng không khí, vật liệu thay đổi trạng thái khi bị đốt nóng, và các bề mặt được cấu tạo để phản xạ ánh sáng hồng ngoại, tất cả đều giúp giảm chi phí làm mát khoảng 25% đến 35% so với các phương pháp làm mát cưỡng bức truyền thống. Việc quản lý nhiệt độ một cách chính xác ngay từ đầu không chỉ đơn thuần là tiết kiệm tiền điện. Nó thực sự giúp hệ thống duy trì hiệu suất theo thời gian, thay vì để chúng từ từ suy giảm hiệu quả đến mức những khoản tiết kiệm năng lượng hứa hẹn ban đầu hoàn toàn biến mất.
Việc nâng cấp đèn LED tại Sân vận động AT&T vào năm 2023 thực sự cho thấy những gì có thể đạt được khi muốn làm các địa điểm lớn tiết kiệm năng lượng hơn. Lượng điện tiêu thụ giảm khoảng 30 phần trăm, nhưng họ vẫn duy trì độ sáng màn hình ở mức 8.000 nit để khán giả có thể nhìn rõ ngay cả trong những buổi chiều nắng gắt. Điều này phù hợp với những gì nhiều chuyên gia đã nói từ lâu: khoảng cách điểm ảnh tốt hơn, xử lý nhiệt cải tiến và công nghệ điều khiển thông minh khi kết hợp có thể cắt giảm nhu cầu điện năng của sân vận động từ 25 đến 40 phần trăm mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Giờ đây toàn bộ hệ thống hoạt động đồng bộ với đồng hồ thi đấu, tự động giảm độ sáng các tấm màn hình mỗi khi có thời gian nghỉ hoặc giải lao giữa hiệp. Họ cũng xử lý đồ họa trước trong các khoảng thời gian tải trên lưới điện thấp hơn, nhờ đó giảm thiểu lãng phí năng lượng và giúp san đều biểu đồ tiêu thụ điện tổng thể trong suốt các sự kiện.
Các đơn vị vận hành sân vận động tối đa hóa lợi tức đầu tư và tính bền vững thông qua các chiến lược dựa trên bằng chứng:
Các quy trình vận hành bổ trợ — bao gồm tắt thiết bị vào ban đêm và vô hiệu hóa các bảng mô-đun trong các sự kiện sử dụng một phần — mang lại mức giảm trung bình 22% chi phí năng lượng hàng năm, như đã được báo cáo tại nhiều sân vận động NFL và trường đại học.
Các màn hình LED cỡ lớn tiết kiệm năng lượng hơn vì chúng chuyển đổi khoảng 90% năng lượng thành ánh sáng nhìn thấy, trong khi các công nghệ cũ hơn như CRT chỉ đạt khoảng 20%. Hiện tượng điện phát quang trực tiếp trên màn hình LED làm giảm nhu cầu sử dụng các thành phần tiêu tốn năng lượng bổ sung, dẫn đến ít sinh nhiệt và tiêu thụ điện năng thấp hơn.
Khoảng cách điểm ảnh ảnh hưởng đến mức tiêu thụ điện bằng cách xác định mật độ điểm ảnh — khoảng cách càng sát thì mức tiêu thụ điện càng cao. Tốc độ làm mới cao có thể làm tăng mức sử dụng năng lượng, nhưng các giao thức VRR giúp giảm thiểu điều này bằng cách điều chỉnh động tốc độ làm mới. Độ sáng (nit), liên quan đến độ chói, cũng ảnh hưởng đến mức tiêu thụ điện; tuy nhiên, các công nghệ tiên tiến có thể bù đắp cho sự gia tăng này.
Những tiến bộ gần đây trong công nghệ màn hình LED lớn, như tích hợp Chip-trên-bảng mạch (COB) và mini-LED, điều chỉnh độ sáng động và các bộ xử lý 16-bit, góp phần giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng. Các công nghệ này tối ưu hóa đầu ra ánh sáng, quản lý điện năng hiệu quả hơn và cải thiện hiệu suất tổng thể.
Tin Tức Nổi Bật
EN
