Passive Displays für Smart Meter
»Die Qualität muss stimmen«
Einen zukunftsträchtigen Markt für passive Displays sieht Roland Federle, Marketing Manager passive Displays bei Gleichmann Electronics, in den Display-Anzeigen von Smart Meters. Nicht zu unterschätzen sind laut Federle allerdings die Anforderungen, die ein solches Passiv-Display für den Einsatz im Smart Meter erfüllen muss.
Die meisten Haushalte in Europa müssen bis 2020, spätestens 2022 auf Smart Meter umgestellt sein. Daraus resultieren sehr große Stückzahlen und damit ein interessantes Marktsegment für den Distributor. Die Passiv-Displays, die für Smart Meters in Frage kommen, sind auf den ersten Blick wenig spektakulär: Meist handelt es sich um Segment-Anzeigen – etwa 2 x 6 cm groß mit bis zu 200 Segmente bzw. einem Mix aus Segmenten und verschiedenen Icons. Doch trennt sich bei den hohen Anforderungen, die ein solches Display erfüllen muss, schnell die Spreu vom Weizen.
Mit den Herstellern Truly, Empire und RCL und der Eigenmarke GE Vision bietet Gleichmann Electronics ein umfassendes Spektrum an Passiv-Displays, das qualitativ den europäischen Industrieanforderungen entspricht, sich aber gleichzeitig auch in einem für preissensible Anwendungen akzeptablen Rahmen bewegt. Den Spagat zwischen Qualität und Preis zu bewältigen, sei zwar laut Federle nicht immer einfach. Eine wirkliche Chance habe gerade im Smart Meter-Bereich aber nur, wer nachweislich Qualität bieten könne. Raue Umgebungsbedingungen, Feuchtigkeit, starke Temperaturschwankungen und extreme Plus- oder Minus-Temperaturen und nicht zuletzt die UV-Einstrahlung würden hier eben ihren Tribut fordern. »Natürlich gibt es eine ganze Menge Hersteller in diesem Bereich, da sind Preiskämpfe völlig normal. Trotzdem muss die Qualität stimmen. Ansonsten werden solche preissensitiven Anwendungen für den Lieferanten ganz schnell zum Bumerang. Denn ein Tausch könnte teuerer werden als der Wert der ganzen Einheit.«
Der Hersteller muss 20 Jahre Lebensdauer garantieren
So muss der LCD-Hersteller eine 20-jährige Lebensdauer seiner Produkte garantieren. Diese Vorgabe ist aber nur dann erreichbar, wenn ein Display-Hersteller von der Auswahl des Roh- bzw. Grundmaterials bis hin zum Fertigungsprozess seiner Produkte sehr hohe Qualitätsstandards erfüllt.
Dementsprechend fängt die Qualität eines passiven Displays bereits bei den Flüssigkristallen an: Ist eine Display-Zelle nur im Geringsten verunreinigt, kann das langfristig zu Schädigungen führen. Flüssigkristalle müssen in speziellen Glastigeln gemischt werden, denn ein normales Glas scheidet Stoffe ab, die die Flüssigkristalle beeinflussen könnten.
»Viele Display-Hersteller sind gar nicht in der Lage, eine glaubhafte Lebenszeitgarantie über 20 Jahre zu geben«, gibt Federle zu bedenken. Qualifizierte Hersteller indes rechnen die Lebenszeit laut Federle aus Klimatests hoch. Getestet werden dabei die Temperaturbeständigkeit und die Feuchtigkeitsresistenz der Anzeigen. –20 bis +70 Grad sind die üblichen Industrieanforderungen, für Smart Meter fordern die Kunden eine erweiterte Betriebstemperatur von –30 bis +85 Grad. »Die Innentemperatur und die Außentemperatur des Geräts weichen dabei nur sehr wenig voneinander ab, weil wenig Verlustleistung z.B. durch Backlights entsteht«, weiß Federle. Was die Feuchteresistenz anbelangt, hat vor allem die Wahl des Polfilters größte Bedeutung, denn Polfilter sind sehr feuchtigkeitsempfindlich. Zumal man Smart Meter nicht unbedingt in allen Ländern wie in Deutschland in geschützten Räumen eingebaut findet, sondern auch im Außenbereich. Auch muss die Display-Zelle an sich über die Lebensdauer hinweg dicht sein. Die beiden Display-Gläser müssen sehr sauber aufeinander gefügt werden. Denn eine undichte Zelle zieht Vacuolen und das Display ist nicht mehr ablesbar und somit zerstört.
Abgesehen von der Qualität des Displays, spielt die Stromaufnahme ebenfalls eine große Rolle, weil der Zähler selbst nur wenig Strom verbrauchen darf. Weil passive Displays kein Strom fressendes Backlight benötigen, sind sie also geradezu prädestiniert für diesen Einsatz. Wie viel Strom die Passiv-Anzeige verbraucht, definiert sich über die Fläche der angesteuerten Segmente und Icons: je einfacher das Display, desto weniger Stromverbrauch.
Wichtig ist zudem, dass das Display auch bei extremer Sonneneinstrahlung und starken Minusgraden noch gut ablesbar ist. Schließlich ist nicht fest definiert, wo der Smart Meter eingebaut wird. Auch im Hinblick auf den Betrachtungswinkel und damit die einwandfreie Ablesbarkeit spiele die Qualität eine große Rolle, wie Federle erklärt. So kann der Betrachter beispielsweise bei minderwertigen Anzeigen nicht angesteuerte und angesteuerte Segmente des Displays unter kritischen Blickwinkeln kaum noch voneinander unterscheiden.
Dass auch die Verfügbarkeitserwartungen der Industriekunden bei Smart Meter sehr hoch sind, bestätigt Federle: Fünf bis sieben Jahre sind keine Seltenheit. Wie lange das Display verfügbar ist, entscheidet der Kunde in Abhängigkeit von den Stückzahlen. Trotz der für ein Display relativ langen Verfügbarkeitserwartungen wird es dem Smart-Meter-Markt auch in Zukunft nicht an Dynamik und Potenzial fehlen. Schließlich sind auch diese Produkte den üblichen Marktgegebenheiten unterworfen. »Mit jeder künftigen neuen Anforderungen an Smart Meters steigt die Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig auch neue Displays eindesigned werden«, ist sich Federle sicher.
Potenzial über Smart Meter hinaus
Federle kann im Bereich der Smart Meters bereits zahlreiche Design-Wins in Deutschland, England, Slowenien und Rumänien vorweisen. Allein für das Projekt in letztgenanntem Land liefert Gleichmann Electronics inzwischen mehrere zehntausend Displays pro Monat. Zufriedengeben will sich der Display-Experte mit diesen Erfolgen freilich nicht. Schließlich gelte es allein in Deutschland etwa 30 Millionen Haushalte mit einem Smart Meter auszurüsten. »Ich bin sehr zuversichtlich, dass wir uns das eine oder andere Stück von diesem riesigen Kuchen abschneiden können«, so Federles Prognose. Mit den Smart Meters ist für Gleichmann Electronics zudem das Ende des »Smart Energy Booms« noch lange nicht erreicht. Als weitere Anwendungen, die in eine ähnliche Richtung gehen, nennt der Manager Gas- und Wasserzähler, die ebenfalls zunehmend mit einer Display-Anzeige ausgestattet werden. Auch Schalter und Steuergeräte für die Gebäudeinfrastruktur sind nach Ansicht von Federle für den Einsatz der passiven Displays prädestiniert: »Der Trend zur Visualisierung ist auch hier unübersehbar. Und da die Technik auf kleinstem Raum Platz finden muss, gibt es in diesem Bereich im Moment kaum eine vernünftige Alternative zu passiven LCDs.
Single-Chip-Lösungen erleichtern die Ansteuerung passiver Displays in Smart Meters
Speziell für die Entwicklung intelligenter Ein- oder Dreiphasen-Stromzähler führt MSC 8-Bit-All Flash-Microcontroller von Renesas Electronics im Programm. Die je nach Ausstattung in einem 64- oder 100-Pin-Low-Profile-Quad- Flat-(LPQF-)Gehäuse erhältlichen Mikrocontroller der 78K0/Lx3-M-Baureihe verfügen über eine Vielzahl integrierter analoger und digitaler Peripherien, darunter hochpräzise 24-Bit-Delta-Sigma-A/D-Wandler und spezielle Mess- und Recheneinheiten zur Berechnung der Aktiv- und Reaktiv-Power sowie der Scheinleistung. Zudem bietet der Chip SAG-, Nulldurchgangs- und Peak-Erkennung. Die innovative Flash-Technologie mit integrierten Mechanismen zum Schutz vor Löschen, Überschreiben oder Auslesen gewährleistet eine hohe Sicherheit der Stromverbrauchsdaten. Mit Hilfe der ebenfalls auf den Mikrocontrollern integrierten LCD-Controller lassen sich je nach MCU-Typ zwischen 96 und 160 Segmente ansteuern. Darüber hinaus stehen dem Anwender bis zu 2 KByte RAM und 60 KByte Flash zur Verfügung. Mittels unterschiedlicher serieller Schnittstellen sind die Mikrocontroller der 78K0/Lx3-M-Serien außerdem in der Lage, mit Kommunikations-Subsystemen Daten auszutauschen.
Die Vorteile von Single-Chip-Lösungen für Stromzähler liegen laut Siegbert Schaufelberger, Business Development & Application Microcontroller bei MSC, auf der Hand: »Kostenersparnis, weniger Beschaffungsaufwand weniger Platzbedarf auf der Platine, weniger Ausfälle durch weniger Bauteile – das sind die wesentlichen Pluspunkte solcher MCUs und prädestinieren sie geradezu für Smart Meter im LowCost-Segment.«
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