【導讀】茫茫大海上，集魚燈是漁民們吸引魚群、圍網捕撈的重要工具。當LED燈因節(jié)能環(huán)保走進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發(fā)電提供，嚴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，山東省科學院能源研究所與山東仁博能源科技有限公司合作實施的大功率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1200W的大功率LED集魚燈，裝載于一艘長56米、寬11米的標準魷魚釣船上，該漁船目前已遠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。“一條標準的魷魚釣船，大約需要3000瓦的傳統(tǒng)金鹵燈300盞，按照每晚工作10小時計算，要耗電9000度。”山東省科學院能源研究所研究員、大功率LED集魚燈示范工程項目負責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)金鹵燈的花費在捕魚中所占成本很高。
其實，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燈中光電轉化率只有15％－36％，近70％的電能轉化為熱能，這導致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。
數據顯示，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燈的質量負面影響很大。
當我們走在馬路上，常常會發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：經過了一個夏天，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。
正是因為技術不夠成熟，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驗展開。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院能源研究所微傳熱團隊研發(fā)出來的成果，這個作品經歷了5年攻關。
“散熱采用無動力冷卻方式和無腐蝕、無污染的冷卻介質，散熱能力達到100W／cm2，經過嚴格測試，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，卻在行業(yè)內首次實現(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)單點故障及制冷效率低的問題，使超大功率LED照明設備應用于實際成為可能。
對比實驗也讓漁民看到了其優(yōu)越的性能，節(jié)能、誘魚、響應速度及穩(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，一條標準的魷魚釣船，按照一年工作300天計算，至少可以節(jié)省電費400萬－500萬元。”劉志剛說。
集魚效果和響應速度方面展示威力
9月20日使用金鹵燈作業(yè)第一網捕魚36箱，經濟價值2223元；9月21日在相同海域使用能源所研發(fā)的LED作業(yè)第一網捕魚40箱，捕魚品種眾多，直接經濟價值達11285元；第二網使用金鹵燈作業(yè)捕魚38箱，經濟價值6650元。
為了提高穩(wěn)定性，劉志剛和他的團隊還開發(fā)了低諧波、無頻閃的超大功率LED電源，采用了獨特的電源管理方案，應用主動式PFC技術，使電源功率因數＞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。
對于漁民最關心的成本問題，此款LED集魚燈也已經過了研究團隊的多番測算，最終實現(xiàn)了和傳統(tǒng)金鹵燈價格相當。
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