【導(dǎo)讀】茫茫大海上，集魚燈是漁民們吸引魚群、圍網(wǎng)捕撈的重要工具。當(dāng)LED燈因節(jié)能環(huán)保走進(jìn)千家萬戶的日常生活時，由于超大功率LED芯片低成本散熱問題無法有效解決，在海上漁業(yè)捕撈中用LED燈替代傳統(tǒng)金鹵燈卻并不容易。
傳統(tǒng)金鹵燈功率高、能耗大，加上漁船海上電能全部依賴船載柴油機(jī)發(fā)電提供，嚴(yán)重制約了漁船的出海時間及捕魚量。
隨著一款新型集魚燈的面世，這種困局有望得以破解。近日，山東省科學(xué)院能源研究所與山東仁博能源科技有限公司合作實(shí)施的大功率LED集魚燈示范工程在榮成市石島新港碼頭成功啟動。
據(jù)悉，在該示范工程中，由能源研究所自主研發(fā)的104套單體功率達(dá)1200W的大功率LED集魚燈，裝載于一艘長56米、寬11米的標(biāo)準(zhǔn)魷魚釣船上，該漁船目前已遠(yuǎn)赴南太平洋開展捕撈作業(yè)，為期兩年的示范工程由此拉開序幕，并因其節(jié)能性和集魚效果優(yōu)越而被業(yè)界看好。
散熱問題困擾漁民
對漁民而言，集魚燈的能耗支出是一筆很大的開支。“一條標(biāo)準(zhǔn)的魷魚釣船，大約需要3000瓦的傳統(tǒng)金鹵燈300盞，按照每晚工作10小時計(jì)算，要耗電9000度。”山東省科學(xué)院能源研究所研究員、大功率LED集魚燈示范工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉志剛給算了一筆賬。
漁船海上電能全部依賴船載柴油機(jī)發(fā)電提供，每度電的發(fā)電成本在2.5－3.5元左右。算下來，傳統(tǒng)金鹵燈的花費(fèi)在捕魚中所占成本很高。
其實(shí)，漁民何嘗不想使用低能耗又環(huán)保的LED燈來捕魚呢？問題是，超大功率LED燈的散熱問題是困擾業(yè)界很久的難題。LED燈中光電轉(zhuǎn)化率只有15％－36％，近70％的電能轉(zhuǎn)化為熱能，這導(dǎo)致LED燈溫高居不下。
“LED燈中心溫度不能超過90℃，如果超過這個溫度，會加快光衰，升高電子元件溫度，降低LED燈的使用壽命。要解決這一問題就必須采取非常規(guī)手段有效散熱。”劉志剛解釋說。
數(shù)據(jù)顯示，LED器件溫度每上升2℃，其使用壽命便會下降10％。因此，高溫對LED燈的質(zhì)量負(fù)面影響很大。
當(dāng)我們走在馬路上，常常會發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：經(jīng)過了一個夏天，剛安裝不長時間的LED路燈變黯淡了，甚至有些燈安裝不長時間就壞了。如果大功率LED燈不有效解決散熱問題，就很難持久。
正是因?yàn)榧夹g(shù)不夠成熟，漁民在一次又一次對大功率LED燈的嘗試中，漸漸失去了信心，抵觸情緒油然而起。
LED集魚燈表現(xiàn)不俗
顯然，要使LED燈廣泛應(yīng)用于漁船捕撈，首先要解決的便是超大功率LED芯片低成本散熱問題。
2017年9月，一條長24米、寬8米的小型燈光捕魚船，在山東半島距離石島50海里的黃海海域出航了。在這艘捕魚船上，一個傳統(tǒng)集魚金鹵燈與超大功率LED集魚燈之間的性能對比實(shí)驗(yàn)展開。其中的超大功率LED集魚燈便是以劉志剛為帶頭人的山東省科學(xué)院能源研究所微傳熱團(tuán)隊(duì)研發(fā)出來的成果，這個作品經(jīng)歷了5年攻關(guān)。
“散熱采用無動力冷卻方式和無腐蝕、無污染的冷卻介質(zhì)，散熱能力達(dá)到100W／cm2，經(jīng)過嚴(yán)格測試，在95°C工作環(huán)境下，亦可保證芯片的長期工作。”劉志剛說。
這款LED集魚燈看似其貌不揚(yáng)，卻在行業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了對單體1000W以上LED的有效散熱，同時解決了傳統(tǒng)水循環(huán)制冷串聯(lián)單點(diǎn)故障及制冷效率低的問題，使超大功率LED照明設(shè)備應(yīng)用于實(shí)際成為可能。
對比實(shí)驗(yàn)也讓漁民看到了其優(yōu)越的性能，節(jié)能、誘魚、響應(yīng)速度及穩(wěn)定性等方面均表現(xiàn)不俗。“在能耗方面，相同的電壓和頻率下，金鹵燈電流為240A，我們研發(fā)的LED燈電流僅為80A，電能消耗為金鹵燈的1／3。這意味著，一條標(biāo)準(zhǔn)的魷魚釣船，按照一年工作300天計(jì)算，至少可以節(jié)省電費(fèi)400萬－500萬元。”劉志剛說。
集魚效果和響應(yīng)速度方面展示威力
9月20日使用金鹵燈作業(yè)第一網(wǎng)捕魚36箱，經(jīng)濟(jì)價值2223元；9月21日在相同海域使用能源所研發(fā)的LED作業(yè)第一網(wǎng)捕魚40箱，捕魚品種眾多，直接經(jīng)濟(jì)價值達(dá)11285元；第二網(wǎng)使用金鹵燈作業(yè)捕魚38箱，經(jīng)濟(jì)價值6650元。
為了提高穩(wěn)定性，劉志剛和他的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了低諧波、無頻閃的超大功率LED電源，采用了獨(dú)特的電源管理方案，應(yīng)用主動式PFC技術(shù)，使電源功率因數(shù)＞0.99，電流諧波控制在3％以下，為LED提供穩(wěn)定可靠的輸出。
據(jù)了解，大功率LED集魚燈示范工程已引來了戰(zhàn)略投資者首輪5000萬元融資。
對于漁民最關(guān)心的成本問題，此款LED集魚燈也已經(jīng)過了研究團(tuán)隊(duì)的多番測算，最終實(shí)現(xiàn)了和傳統(tǒng)金鹵燈價格相當(dāng)。
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