300W型绿光LED集鱼灯的光学特性

 (1.上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;2.国家远洋渔业工程技术研究中心,上海201306;3.大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室,上海201306)

 绿光LED集鱼灯 由上海海洋大学鱿钓技术组与上海嘉宝电子协力电子有限公司合作,经过大量的前期调查和方案设计,在LED集鱼灯第一代产品 (300 W型白光)研发的基础上[12],又开发研制了LED集鱼灯第二代产品 (300 W型绿光) (图1)。综合考虑该绿光LED集鱼灯的设计,初步认为其不仅具有白光300 W型LED集鱼灯的各种优良性能[12],而且放射的绿光在海水中的透过率更高,有效地避免了不必要的光能浪费;另外,其光谱范围 (490～560 nm)与头足类对光谱的吸收峰值范围 (波长为 460～530 nm)十分接近[13-16],更适合于对头足类的诱集。

 1 kW型金属卤化物集鱼灯及其配光曲线

1 kW型金属卤化物灯(总功率62 kW)在各测光点的照度

两种集鱼灯不同距离的照度

绿光LED集鱼灯和1 kW型金属卤化物集鱼灯的光谱辐照度情况见图5。从图5可以看出,绿光LED集鱼灯的光谱辐射量主要集中在绿光波段(490～560 nm);而1 kW型金属卤化物集鱼灯的光谱范围很大,不仅包含整个可见光 (波长为380～760 nm),并有部分紫外和红外光线,同时部分波段 (如 360、400、430、480、510、540、590 nm波长附近等)还出现峰值。绿光LED集鱼灯与1 kW型金属卤化物集鱼灯相比,发光波段仅为绿色光谱部分,不产生紫外线,不会对船员的眼睛和皮肤产生负面影响。

1 kW型金属卤化物集鱼灯总功率为62 kW时的水中等照度曲线分布

绿光LED集鱼灯总功率为9 kW时,离船水平距离40 m以内的照度值较高,多为10 lx以上,特别是离船20 m以内的近表层的水中照度可达100 lx以上。10 lx照度最深可至30 m水深,离船水平距离最远为36 m左右;0.1 lx照度最深可约至65 m水深,离船水平距离最远为50 m左右。

LED集鱼灯总功率9 kW时的水中等照度曲线分布

LED灯被称为世界上最新的第四代光源,其具有长寿命、低消耗、定向性和无光源污染等优点[17],于20世纪90年代后期被逐步推广到海洋捕捞业中。日本和中国台湾地区的有关部门已较为成功地将LED集鱼灯推广应用到秋刀鱼舷提网和灯光围网渔业中[18-21]。但由于LED发光模块具有散热慢的缺点,不易将单灯灯具的功率设计的太大,因而日本和中国台湾地区所开发的LED集鱼灯的单灯功率都较小,一般为60～220 W。本课题组采用水冷却技术 (该项技术已申请专利),有效解决了LED集鱼灯灯具发热的问题,可使LED集鱼灯的单个灯具功率超过300 W,为在渔船上合理布置安装LED集鱼灯提供了更好的条件。

与当前普遍使用的白光金属卤化物集鱼灯相比,绿光LED集鱼灯在海水中传播时能量损耗小,因而具有更好的穿透性,光线能有效到达较深的水层。同时,绿光LED集鱼灯的光谱辐射量主要集中在绿光波段 (490～560 nm),该波段与柔鱼等所喜好的蓝绿光波段相近[13,16],这有利于吸引捕捞对象靠近渔船。但绿光LED集鱼灯在实际渔业中的集鱼效果尚需进一步研究。

相关研究认为,青色LED综合光源效率为金属卤化物灯的32倍以上,在确保鱿钓渔获量不变的情况下,可节省燃油总量的50%以上[18]。本研究结果表明,绿光LED集鱼灯具有诸多的优良性能,如寿命长,电力消耗低,发热少,能瞬间点灯熄灯,在海中的透过率高,使用低压电源,不需要安装安定器 (镇流器),不产生紫外线等,能够满足光诱渔业的需要,且节约能耗的潜力巨大。

LED具有广阔的应用前景是不争的事实,但LED渔用集鱼灯的研发工作仍处于初级阶段。尽管目前国产LED集鱼灯已有部分批次的产品,且已开展了渔业生产试验,但还有许多研究工作有待进一步跟进,比如:单灯功率大小的确定,主要光谱的选择,LED集鱼灯在船上的合理布置,不同渔业方式及不同捕捞对象的总功率的确定,同时还需进行光谱测量和辐照度测定等。这些研究工作的深入开展,都需要得到相关职能部门和企业的支持。