Quyosh fotoelektr panellarining asosiy parametrlarini tahlili va modellari

Jahonda qayta tiklanuvchi energiya manbalarini qoʻllash imkoniyatlarini kengaytirish, organik yoqilgʻi asosidagi ishlaydigan energiya qurilmalaridan foydalanishni cheklash, ekologiyaga salbiy ta’sirlarni kamaytirishda quyosh fotoelektr panellarini loyihalash, modellashtirish, joriy etish va ishlash samaradorligini oshirish singari masalalariga alohida ahamiyat qaratilmoqda. Quyosh fotoelektr panellarining ishlash samaradorligi oʻrnatilgan hududning yil davomida qancha vaqt yoritilishiga, vaqt intervalida quyosh nurlanish oqimiga yoki hududning nurlanish rejimiga bogʻliq boʻladi. Asosan, quyosh fotoelektr panellarining ishlash samaradorligiga harorat va panelga tushuvchi quyosh nurlanish oqimi ta’sirini oʻrganish muhim ahamiyatga ega [1]. Yuqoridagi omillarni hisobga olmaslik fotoelektr panellarning ishlash samaradorligi pasayishiga olib keladi. Respublikamizda organik yoqilgʻi asosidagi ishlaydigan energiya qurilmalaridan foydalanishni cheklash, ulardan foydalanishda ekologiyaga salbiy ta’sirlarni kamaytirish, global isishning oldini olish maqsadida hududning geografik joylashuvidan kelib chiqib qayta tiklanadigan energiya manbalaridan va energiya tejovchi texnologiyalardan foydalanish orqali iste’molchilarning energiyaga boʻlgan ehtiyojini ta’minlash, jumladan, markazlashgan energiya ta’minotidan uzoqda joylashgan hududlar uchun avtonom va barqaror energiya ta’minotini yoʻlga qoʻyish boʻyicha keng koʻlamli chora-tadbirlar amalga oshirilmoqda. Oʻzbekiston Respublikasi Prezidenti tomonidan 2025 yil 27 martda imzolangan PF-63-son “Energiya samaradorligini oshirish sohasida davlat boshqaruvini takomillashtirish va energiya servis kompaniyalari xizmatlari bozorini rivojlantirish chora-tadbirlari toʻgʻrisida”gi farmonda quyosh panellari va boshqa turdagi energiya tejovchi qurilmalarni oʻrnatish orqali 2025 yilda 2,60 milliard kW·h elektr energiyasini ishlab chiqarish “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 134 Машинасозлик ва энергетика rejalashtirilgan hamda boshqa me’yoriy-huquqiy hujjatlarda ushbu sohada belgilangan vazifalarni amalga oshirish uchun ushbu ilmiy tadqiqot ishi muayyan darajada xizmat qiladi [2]. Tadqiqotning maqsadi: markazlashgan energiya ta’minoti tizimidan uzoqda joylashgan hududlar uchun avtonom va barqaror energiya ta’minotini yoʻlga qoʻyish uchun quyosh fotoelektr panellarini ishlash samaradorligiga ta’sir qiluvchi omillarni tahlil qilish va ularning elektr parametrlarini modellashtirish. Quyida jahonda ishlab chiqarilayotgan va foydalanilayotgan quyosh fotoelektr panellariga harorat va panelga tushuvchi quyosh nurlanish oqimi ta’siri boʻyicha olib borilgan ilmiy-tadqiqot ishlari tahlil qilindi: Singapurda ilmiy izlanishlar olib borgan olimlar H.G. Teo, P.S. Li va M.N.A. Houladerlarning tadqiqot ishlarida FEB larni orqa yuzasini sovutishda gʻovak metall materialdan tayyorlangan plastinkalar yordamida passiv sovutish usulidan foydalanish orqali samaradorlikni oshirishga erishilgan. Tajriba sinov ishlarini olib borishda 55 W li FEB lardan foydalanilgan. 2 ta FEB larning orqa yuzasiga gʻovak metall materialdan tayyorlangan plastinkalar joylashtirilib an’anaviy FEB bilan solishtirilgan. Olib borilgan tadqiqot natijalaridan koʻrinadiki, metal plastinkalar orasidagi masofa qancha kichik boʻlsa havoning sovutish tezligi kamayadi. Sovutish tizimidan foydalanilganda quyosh radiatsiyasi 1000 W/m2 boʻlganda FEB ning orqa yuzasidagi harorat 59oC dan 47oC gacha kamayadi. Haroratning pasayishi natijasida FEB ning elektr energiya samaradorligi 12% dan 14% gacha oshadi [3]. Misrlik olimlar K.A. Moharram, M.S. Abd-Elhadi, H.A. Kandil va H. El-Sheriflarning tadqiqot ishlarida FEB larni sovutish maqsadida foydalaniladigan suvni tejab ishlatish, xususan, issiq mintaqalarda suv purkash asosida sovutish tizimi ishlab chiqilgan. Mazkur tadqiqot ishida FEB larning sirtini sovutish maqsadida ishlatilgan suv har xil chang zarralaridan tozalash vazifasini ham bajaradi. Shuning uchun sovutishda foydalanilgan suv iflos boʻladi va еr ostidagi suv bakiga yigʻiladi. Suv baki еr ostiga oʻrnatililganligi uchun sovutish samaradorligi oshadi. Yer ostidagi suv konveksiya usulida issiqlik almashinishi natijasida soviydi va maxsus filtrlar esa suvni tozalab FEB larni qayta sovutishda ishlatiladi. Tadqiqot ishida harorat 0oC dan 75oC gacha oshganda FEB hosil qiladigan maksimal quvvat 4,5 W dan 3,0 W gacha pasayadi [4]. Birlashgan Arab Amirliklarida tadqiqot olib borgan olim Abdul Hai Alamining ishida sovutish tizimi sifatifa FEB ning orqa sirtida biriktirilgan loysimon massaan foydalanilgan. Sovutish tizimida loysimon massani qoʻllanilishi juda samarali, arzon va ekologik jihatdan qulay hisoblanadi. Olib borilgan tadqiqot ishlari natijasida FEB larni issiqlik almashinuvi orqali sovutish tizimi nazariy ma’lumotlar asosida matematik modellashtirilgan. Sovutilgan va an’anaviy FEB larning chiqish kuchlanishi maksimal 19,4% va chiqish quvvati esa maksimal 19,1% ga oshganligi aniqlangan [5]. Yunonistonlik olimlar S. Nizetic, F. Grubišic-Cabo, I. Marinic-Kragic va A.M. Papadopoulos ilmiy tadqiqot ishlarida FEB larni konvektiv sovutish asosida oʻrgangan. Tadqiqotni bir vaqtning oʻzida FEB larni old va orqa tomonini havo oqimi yordamida sovutish orqali oʻrgangan. Havo yordamida sovutishning bu usulida ham FEB lardan foydalanishdagi asosiy amaliy muammolardan birini hal qila oladigan va sirtini chang toʻplanishi bilan bogʻliq boʻlgan tozalash vazifasini ham bajaradi. FEB larni orqa tomondan sovutilganda 2,59%, old tomondan sovutilganda 3,48%, old va orqa tomondan sovutganda esa 4,57% ga farqlanganligi oʻrganilgan. Oʻrganilgan usullardan FEB larni old va orqa tomondan sovutish boshqa holatlarga qaraganda samarali ekanligi aniqlangan [6]. Quyosh fotoelektr panelining modeli odatda elektr kattaliklarning parametrlariga, ya’ni turli nurlanish oqimi zichliklari va haroratlarda panelning Volt-Amper tavsiflariga asoslanadi. Quyosh panelining eng oddiy ekvivalent sxemasi diod bilan parallel ulangan tok manbai hisoblanadi. Mazkur manbaning chiqishi panelning fototoki (𝐼𝑝ℎ) ga tushadigan nurlanish oqimi zichligi bilan toʻgʻri proportsionaldir. Qorongʻuda quyosh paneli diod sifatida ishlaydi. U tok va “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 135 Машиностроение и энергетика kuchlanish hosil qilmaydi. Shunday qilib, fotoelektr panelining matematik modeli 1-rasmda keltirilgan ekvivalent sxemaga asoslanadi. 1-rasm. Quyosh fotoelektr panelining ekvivalent sxemasi. Ekvivalent sxemadan ishchi tokning qiymati quyidagicha aniqlanadi. 𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑆) 𝑛𝑘𝑇 −1] (1) 𝐼= 𝐼𝑝ℎ−𝐼𝑠𝑎𝑡[𝑒 bu yеrda, 𝐼𝑝ℎ− fototok, A; 𝐼𝑠𝑎𝑡− diodning toʻyingan teskari toki, A; 𝑅𝑆− ketma-ket ulangan aktiv qarshilik, Oм; 𝑉− ishchi kuchlanish, В; 𝐼− ishchi tok, А; 𝑞− elektronning zaryadi, 1,6·10-19 C; 𝑘− Boltsman doimiysi, 1,38·10-23 J/C; 𝑇− harorat, K. Panelning quvvati quyidagi formula yordamida hisoblanadi: 𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑆) 𝑛𝑘𝑇 −1)] (2) P = V · 𝐼= 𝑉· [𝐼𝑝ℎ−𝐼𝑠𝑎𝑡(𝑒 Chiquvchi tok quyosh nurlanish oqimi zichligi va haroratga quyidagicha bogʻliq boʻladi. 𝐼𝑝ℎ(𝐺; 𝑇) = 𝐼𝑠𝑐𝑠∙ 𝐺𝛼 𝐺𝛼𝑠+ 𝛼𝑠𝑐𝑇(𝑇−𝑇𝑠) (3) bu yеrda, 𝐼𝑠𝑐𝑠− normal sharoitdagi qisqa tutashuv toki, A; 𝐺𝛼− quyosh nurlanish oqimi zichligi, Вт/м2, 𝐺𝛼𝑠− normal sharoitdagi quyosh nurlanish oqimi zichligi, 1000 W/m2, 𝛼𝑠𝑐𝑇− qisqa tutashuv tokining harorat koeffisienti, 𝑇− paneldagi harorat, оС, 𝑇𝑠− standart sinov sharoitidagi paneldagi harorat, 25 оС. Turli quyosh nurlanish oqimi zichliklari va haroratlardagi paneldagi ishchi kuchlanish quyidagi ifoda yordamida topiladi. 𝑞𝑙𝑛( 𝐼𝑚𝑝𝑝 𝐼𝑠𝑐𝑠) (4) 𝑉𝑜𝑐(𝐺; 𝑇) = 𝑉𝑜𝑐𝑠+ 𝛽𝑜𝑐𝑇(𝑇−𝑇𝑠) + 𝑘𝑇 bu yеrda, 𝑉𝑜𝑐𝑠− standart sinov sharoitidagi salt ishlash kuchlanishi, B; 𝛽𝑜𝑐𝑇− ochiq zanjirdagi kuchlanishning harorat koeffisienti, 𝐼𝑚𝑝𝑝− ochiq zanjirdagi tok, А. 𝑉𝑜𝑐 𝑉𝑡−1]. 𝐼𝑝ℎ(𝐺; 𝑇) = 𝐼𝐷 boʻlganda 𝐼𝑝ℎ(𝐺; 𝑇) = 𝐼𝑠𝑎𝑡(𝐺; 𝑇) · [𝑒 Bundan 𝐼𝑠𝑎𝑡(𝐺; 𝑇) = 𝐼𝑝ℎ(𝐺;𝑇) (5) 𝑉𝑜𝑐 𝑉𝑡−1) −1 [ ] (𝑒 𝑒 bu yеrda, 𝑉𝑡(𝑇) = 𝑛𝑘𝑇 𝑞. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 136 Машинасозлик ва энергетика Yuqoridagi tenglamalar yordamida 2-rasmda keltirilgan quyosh fotoelektr panelining imitatsion modeli Matlab/Simulink dasturi yordamida ishlab chiqildi. 2-rasm. Matlab/Simulink dasturi yordamida ishlab chiqilgan quyosh fotoelektr panelining imitatsion modeli. 3-rasmda oʻzgarmas haroratda quyosh fotoelektr panelining turli quyosh nurlanish oqimi zichliklaridagi Volt-Amper tavsiflari Matlab/Simulink dasturida qurilgan. Quyosh nurlanish oqimi zichligi 200 W/m2 va kuchlanish 12 V boʻlganda tok 1,7 A ni, 600 W/m2 va 12 V da 5,0 A hamda 1000 W/m2 va 12 V da 8,2 A ni tashkil qildi. 3-rasm. Oʻzgarmas haroratda quyosh fotoelektr panelining turli quyosh nurlanish oqimi zichliklaridagi Volt-Amper tavsiflari. 4-rasmda oʻzgarmas quyosh nurlanish oqimi zichligida quyosh fotoelektr panelining turli haroratlardagi Volt-Amper tavsiflari keltirilgan. Quyosh nurlanish oqimi zichligi 1000 W/m2 boʻlganda quyosh fotoelektr panelidagi harorati 20oC va kuchlanish 12 V ekanligida tok 8,2 A ligi modellashtirish natijasida aniqlandi. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 137 Машиностроение и энергетика 4-rasm. Oʻzgarmas quyosh nurlanish oqimi zichligida quyosh fotoelektr panelining turli haroratlardagi Volt-Amper tavsiflari. 5-rasmda quyosh fotoelektr panelining oʻzgarmas harorat va turli quyosh nurlanish oqimi zichliklarida Volt-Vatt tavsiflari keltirilgan. Quyosh nurlanish oqimi zichligining qiymati 1000 W/m2 gacha oshganda 00C harorat va 12 V kuchlanishda elektr quvvatning qiymati 80 W ni tashkil qildi. 5-rasm. Oʻzgarmas haroratda quyosh fotoelektr panelining turli quyosh nurlanish oqimi zichliklaridagi Volt-Vatt tavsiflari. 6-rasmda esa quyosh fotoelektr panelining oʻzgarmas quyosh nurlanish oqimi zichligi va turli haroratlarda Volt-Vatt tavsiflari koʻrsatilgan. Bu tavsiflarga asoslanib harorat 0oC dan 60oC gacha oʻzgarganda elektr quvvatning qiymati 80 W dan 76 W gacha kamayishi aniqlandi. 6-rasm. Oʻzgarmas quyosh nurlanish oqimi zichligida quyosh fotoelektr panelining turli haroratlardagi Volt-Vatt tavsiflari. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 138 Машинасозлик ва энергетика “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 139