O‘zbeksiton iqlim sharoitlari uchun fokuslovchi quyosh kollektorlarini ishlab chiqish

Kirish. 2024-yilda quyosh energetikasi global miqyosda eng tez rivojlangan qayta tiklanuvchi energiya manbalaridan biri bo‘ldi. Jahonda o‘rnatilgan quyosh elektr stansiyalari quvvati 2,2 TVtga yetib, yil davomida 600 GVt yangi quvvat ishga tushirildi. Quyosh energiyasining global elektr ishlab chiqarishdagi ulushi 10 foizdan oshdi [1]. Mazkur tendensiyalar O‘zbekiston Respublikasida ham izchil davom etdi. O‘zbekiston Respublikasi Prezidenti qarorlariga muvofiq, 2024-yilda mamlakatda qariyb 1 GVt yangi quyosh elektr quvvatlari ishga tushirildi [2]. Natijada 4,8 mlrd kVt·soat elektr energiyasi ishlab chiqarilib, 1,4 mlrd kub metr tabiiy gaz tejaldi hamda 2 mln tonnadan ortiq zararli gaz chiqindilari kamaytirildi. Shu bilan birga, O‘zbekiston sharoitida fokuslovchi quyosh texnologiyalarining yuqori xarajatlari, suv resurslariga bog‘liqligi va changli iqlim sharoitlari ularning keng joriy etilishini cheklovchi omillar bo‘lib qolmoqda. Tadqiqotning maqsadi. O‘zbeksiton iqlim sharoitlari uchun fokuslovchi quyosh kollektorlarini ishlab chiqish va tadqiq qilish. Jahonda va O‘zbeksitonda fokuslovchi quyosh kollektorlarini ishlab chiqish bo‘yicha bajarilgan ilmiy tadqiqoq ishlari tahlil qilindi. Avstriyalik olim Wolfgang Scheffler tomonidan 1990 yilda Hindiston qishloqlarida suvni isitish maqsadida reflektor qurilmasini ishlab chiqdi (1-rasm) [3]. Qurilma quyosh nurlarini bir nuqtaga (fokus) jamlaydigan parabolik, lekin o‘zgarmas fokusga ega bo‘lgan maxsus reflektor konstruksiyasidan iborat. Qurilma fokus masofasi o‘zgarmas bo‘lgan quyosh nurlanishi konsentratori bo‘lib, qabul qilgich haroratini 200 °C gacha oshirish imkonini beradi. U pishirish, quyosh issiqlik elektr stansiyalarida energiya ishlab chiqarish va boshqa issiqlik jarayonlari uchun mo‘ljallangan. Ushbu qurilmaning turli o‘lchamdagi foydali ish koeffitsiyenti 5560 % tashkil etadi. Shuningdek, konstruksiya soddaligi, arzon materiallardan ishlab chiqarish imkoniyati, yuqori issiqlik quvvati va quyoshni aniq kuzatish qobiliyati bilan ajralib tursa-da, katta maydon talab etishi, optik yuzalarning ifloslanishga sezgirligi, shamol ta’siriga moyillik hamda sovuq iqlimda samaradorlikning pasayishi kabi kamchiliklari mavjud. a) b) 1-rasm. Scheffler reflektorining ko‘rinishi (a), Scheffler reflektorining sxemasi (b) Italiyalik olim Giovanni Francia tomonidan 1960-yilda quyosh nurlanishidan energiya olishning samaradorligini oshirish maqsadida bir o‘qli chiziqli Fresnel reflektori (Linear Fresnel Reflector — LFR) texnologiyasi taklif etilgan (2-rasm) [4]. Bir o‘qli Fresnel reflektori quyosh energiyasini konsentratsiyalashga mo‘ljallangan optik tizim bo‘lib, u bir qator tekis yoki deyarli tekis reflektiv oynalardan tashkil topgan. Mazkur oynalar ma’lum geometrik burchaklar ostida joylashtirilgan bo‘lib, tushayotgan quyosh nurlarini yagona fokus chizig‘iga yo‘naltiradi. Ushbu tizimda issiqlik tashuvchi muhitning harorati taxminan 600 °C gacha ko‘tarilishi mumkin. Bir o‘qli Fresnel reflektorlari asosan sanoat issiqligi ishlab chiqarish (bug‘ va issiq suv hosil qilish) hamda elektr energiyasi generatsiyasi uchun qo‘llaniladi. Mazkur texnologiyaning foydali ish koeffitsiyenti Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 140 Mashinasozlik va energetika issiqlik energiyasi ishlab chiqarishda 40–45 %, elektr energiyasi ishlab chiqarishda esa 10–17 % atrofida bo‘ladi. Bundan tashqari, bir o‘qli Fresnel reflektorlarining konstruktiv jihatdan soddaligi, nisbatan past kapital xarajatlar talab etishi hamda ekspluatatsiya va texnik xizmat ko‘rsatishning qulayligi ularni boshqa quyosh konsentratsiya tizimlariga nisbatan raqobatbardosh qiladi. Shu bilan birga, ushbu texnologiya nurlanishni konsentratsiyalash darajasining pastligi hamda issiqlik yo‘qotishlarining yuqoriligi kabi muayyan cheklov va kamchiliklarga ham ega. a) b) 2-rasm. Bir o‘qli Fresnel reflektorining ko‘rinishi (a), uning sxemasi (b) Minora tipdagi quyosh kollektori quyosh nurlanishini issiqlik energiyasiga aylantirishga mo‘ljallangan qurilma bo‘lib, u muayyan bir shaxs tomonidan ixtiro qilinmagan. Ushbu texnologiya uzoq vaqt davomida turli olim va muhandislarning ilmiy-tadqiqot ishlari natijasida bosqichmabosqich takomillashib borgan. Minorali quyosh kollektori quyosh nurlarini yig‘ish, ularni konsentratsiyalash va hosil bo‘lgan issiqlik energiyasini suv yoki havo kabi issiqlik tashuvchi muhitga uzatish vazifasini bajaradi. Mazkur turdagi quyosh kollektorlari uy-joy sektorida issiq suv bilan ta’minlash va binolarni isitish, qishloq xo‘jaligida mahsulotlarni quritish hamda issiqlik bilan ta’minlash jarayonlarida, shuningdek, sanoatning turli texnologik bosqichlarida keng qo‘llaniladi. Minorali quyosh kollektori tizimlarining (3-rasm) foydali ish koeffitsiyenti, odatda, 40–70 % oralig‘ida bo‘lib, quyosh energiyasining salmoqli qismini foydali issiqlikka aylantirish imkonini beradi [5]. a) b) 3-rasm. Minorali tipdagi quyosh kollektorining ko‘rinishi (a), minorali tipdagi quyosh kollektorinig sxemasi “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №2/2026 141 Mechanical engineering and energy Shu bilan birga, ushbu texnologiya yoqilg‘isiz ishlashi, atrof-muhitga zararli chiqindilar chiqarmasligi va energiya tejamkorligi bilan ajralib turadi. Biroq minorali quyosh kollektorlari samaradorligining to‘g‘ridan to‘g‘ri quyosh nurlanishiga bog‘liqligi, ob-havo sharoitlariga sezgirligi hamda dastlabki o‘rnatish xarajatlarining nisbatan yuqoriligi uning asosiy cheklovlari sifatida e’tirof etiladi minorali quyosh elektr stansiyasining umumiy ko‘rinishi va sxemasi keltirilgan. Katta Quyosh Sandoni Osiyo mintaqasida yagona bo‘lib, 1987-yilda foydalanishga topshirilgan. Mazkur turdagi inshootlar dunyo miqyosida atigi ikkita bo‘lib, ulardan birinchisi Fransiyada joylashgan. Katta Quyosh Sandoni quyosh nurlanishini ekstremal darajadagi haroratga konsentratsiyalash orqali turli materiallarning fizik xossalarini tadqiq etish va ularni qayta ishlash maqsadida qo‘llaniladi. Ushbu yirik ilmiy-texnik majmuada quyosh nurlarining fokuslanishi natijasida harorat 3000–4000 °C gacha yetishi mumkin. Qurilma parabolik ko‘zgu, konsentrator tizimi, ishchi kamera hamda quyosh holatini avtomatik kuzatib boruvchi mexanizmdan iborat. Katta Quyosh pechi yoqilg‘isiz ishlashi va atrof-muhitga zarar yetkazmasligi bilan ajralib tursa-da, iqlim sharoitiga bevosita bog‘liqligi, faqat kunduzgi vaqtda faoliyat yuritishi hamda dastlabki qurilish xarajatlarining yuqoriligi uning asosiy kamchiliklari hisoblanadi [6]. a) b) 4-rasm. Katta Quyosh Sandonining ko‘rinishi (a), Katta Quyosh Sandonining sxemasi (b) O‘zbekiston iqlim sharoitlari uchun yangi konstruksiyali fokuslovchi quyosh kollektori ishlab chiqildi. Fokuslovchi quyosh kollektori quyidagi tartibda ishlaydi: quyosh nurlari 4 ta metall profillarga (8) o‘z o‘qi atrofida turli tomonlarga burilish imkoniga ega sharnirlar (9) yordamida optimal ochilish burchagida 𝜉i mahkamlangan, o‘lchamlari 20x60 sm bo‘lgan 60 ta yassi ko‘zgularga (11) yo‘naltiriladi, metall profillar (8) podshipniklar (7) va tormozlash muftalari (10) orqali metall korpusga (6) 60o burchak ostida biriktirilgan metall ramalarda (20) mahkamlangan, yassi ko‘zgulardan (11) qaytgan nur fokus masofasi fi va gorizontal o‘qqa nisbatan 45o burchak ostida metall korpusda (6) o‘rnatilgan nurni qaytaruvchi geliostatga (21) yo‘naltiriladi, geliostatdan nur 90o burchak ostida qaytib suv bakidagi (22) suvni quyosh nurlanishi o‘zgarishiga bog‘liq 60 oC dan 250 oC gacha qizdiradi, bunda metall ramada (20) o‘rnatilgan va metall profillarga (8) biriktirilgan qadamli motorlar (12) quyoshning yillik og‘ish burchagini inobatga olib yassi ko‘zgularni (11) βi burchakka buradi, metall korpus (6) va g‘ildirakka (5) mahkamlangan o‘zgarmas tok motori (4) qurilmani quyoshning kunlik azimut burchagini 𝛾i inobatga olib g‘ildiraklarni (5) harakatlantiradi, bunda metall korpus (6) podshipnik (7) orqali tayanch asosga (3) o‘rnatilgan va o‘z o‘qi atrofida aylanish imkoniga ega, qadamli va o‘zgarmas tok motorlari (12,4) quyoshning harakat trayektoriyasiga bog‘liq (qurilma o‘rnatiladigan hudud koordinatalari, og‘ish va azimut burchaklari) boshqarish kontrolleri (15) va drayver (16) orqali rostlanadi, qurilmaning elektr ta’minotida quyosh fotoelektr panellari (14) kabellar (13) orqali elektr shitda (19) o‘rnatilgan zaryadni boshqarish moslamasiga (17) uzatiladi, uzatilgan elektr energiyasi akkumulyator batareyalarida (18) Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 142 Mashinasozlik va energetika zaxiralanadi va qurilmani elektr ta’minotiga uzatiladi. 5-rasmda fokuslovchi quyosh kollektorining umumiy ko‘rinishi keltirilgan [7]. 5-rasm. Fokuslovchi quyosh kollektorining umumiy ko‘rinishi Fokuslovchi quyosh kollektorining optik-energetik ko‘rsatkichlarini oshirish uchun har bir yassi ko‘zguni fokus masofasiga nisbatan aniq joylashishi muhim ahamiyat kasb etadi. Buning uchun yassi ko‘zgularning metall profildagi ochilish burchaklari nazariy hisoblashlar asosida aniqlandi. Har bir yassi ko‘zguning ochilish burchagining optimal qiymatini konstruksiya parametrlariga bog‘liqlik matematik ifodasi quyidagicha: tg( 𝜉(𝑜𝑝𝑡)𝑖) = −𝑡𝑔(𝛾𝑖+ 𝛥𝛼𝑖) + √1 + 𝑡𝑔2(𝛾𝑖+ 𝛥𝛼𝑖) (1) bu yerda, 𝛾𝑜− quyoshning yerga nisbatan ko‘rinish burchagi, 𝛥𝛼− qaytaruvchi sirt tayyorlash aniqligi, 𝑖=1;2;3;4 − qatorlar soni. Yassi ko‘zgularning fokus masofasini quyidagi ifodadan foydalanib aniqlaymiz: 𝑓𝑖= 𝑌𝑖 (2) 2𝑡𝑔( 𝜉(𝑜𝑝𝑡)𝑖 2 ) 𝑎𝑖 2 = 𝑓𝑖 2 + 𝑌𝑖 2 = 𝑓𝑖√1 + 4𝑡𝑔2 ( 𝜉𝑖 2) (3) 𝑌𝑖 𝑎𝑖= sin(𝜉(𝑜𝑝𝑡)𝑖) (4) 𝑎𝑖= 𝑌𝑖 sin(𝜉(𝑜𝑝𝑡)𝑖) (5) bu yerda, 𝑓− fokus masofasi, 𝑌− har bir yassi ko‘zgudan markazdagi geliostatgacha bo‘lgan masofa, 𝜉𝑜𝑝𝑡 − har bir yassi ko‘zguning optimal ochilish burchagi. 6-rasmda fokuslovchi quyosh kollektorining geometrik o‘lchamlari sxemasi keltirilgan. (3), (4) va (5) ifodalardan har bir yassi ko‘zguning kengligini aniqlaymiz. 2 𝑡𝑔(𝛾𝑖+∆𝛼𝑖) (1+𝑡𝑔2( 𝜉𝑖 2 )) 1−𝑡𝑔2( 𝜉𝑖 2 )−2𝑡𝑔( 𝜉𝑖 2 )∙𝑡𝑔(𝛾𝑖+𝛥𝛼𝑖) ∙√1 + 𝑡𝑔2( 𝜉𝑖 2) (6) 𝐿= 𝑓𝑖∙ “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №2/2026 143 Mechanical engineering and energy 6-rasm. Fokuslovchi quyosh kollektorining geometrik o‘lchamlari sxemasi Quyidagi 1-jadvalda geliostatning nur yig‘uvchi yuzasida mujassamlashgan quyosh nurlanishini olishda yassi ko‘zgularni ochilish burchaklarining optimal qiymatlari keltirilgan. Yassi ko‘zguning raqami 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 16o15` 14o43` 12o52` 11o19` 10o11` 10o11` 11o19` 12o52` 14o43` 16o15` 8o07` 5o48` 8o07` 5o48` 𝜉(𝑜𝑝𝑡) Fokuslovchi quyosh kollektorining fokal tekislik sohadagi nurlanish oqim zichligini har bir yassi ko‘zguning energiya ulushi yig‘indisi sifatida ko‘rib chiqishimiz mumkin. Maksimal nurlanish oqimi quyidagi matematik ifoda yordamida aniqlanadi: 𝐸𝑦= 𝐼𝑦𝑅𝑧𝑆𝑓∑ cos ( 𝜉𝑖 2) 𝑖=1 cos (𝜇) (7) bu yerda, 𝐼𝑦 – yig‘indi quyosh nurlanish oqimi, Rz – yassi ko‘zgularning nur qaytarish koeffitsiyenti, Sf – har bir yassi ko‘zguning yuza o‘lchamlari, 𝜉i –yassi ko‘zgularning ochilish burchaklari; 𝜇= (90𝑜−𝜉𝑖) teng. Yig‘indi quyosh nurlanishi, quyosh radiatsiyasining sirtga tushish burchagi (θ), quyoshning og‘ish burchagi (δ), quyosh soati burchagi (ω), sirt azimut burchagi (oriyentatsiya) (γ), issiqxona joylashuvining kengligi (φ) va sirtning qiyalik burchagi (β) kabi quyosh burchaklarining funksiyasidir. Yig‘indi quyosh nurlanishi izotrop usuldan foydalangan holda quyidagi tenglamadan aniqlaymiz: 𝐼𝑦= 𝑅𝑏∙𝐼𝑏+ 𝐼𝑑∙𝑅𝑑+ 𝜌𝑔∙𝐼𝐻∙𝑅𝑔 (8) bu yerda, 𝐼𝑏− to‘g‘ri quyosh nurlanishi; 𝐼𝑑− sochilgan quyosh nurlanishi; 𝐼𝐻− gorizontal yuzaga tushadigan quyosh nurlanishi; 𝜌𝑔− qaytgan nur koeffisiyenti (0,2). Quyoshning chiqish va botish soatlari burchaklari qiyalik burchagi va azimutiga qarab o‘zgaradi. Geometrik faktor (qiyalik koeffsiyenti) 𝑅𝑏 ikki soatlik ω1 va ω2 (ω2 > ω1) burchaklarga bog‘liqlik formulasi quyidagicha [12]: 𝑅𝑏= ∫ 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑖 𝑑𝜔 𝜔2 𝜔1 ∫ 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑧 𝜔2 𝜔1 𝑑𝜔= 𝑎 𝑏 (9) Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 144 Mashinasozlik va energetika 𝑎= (sin(𝛿) ∙sin(𝜑) ∙cos(𝛽) −sin(𝛿) ∙cos(𝜑) ∙sin(𝛽) ∙cos(𝛾)) · (𝜔2 −𝜔1) ∙ 𝜋 180 + (cos(𝛿) ∙cos(𝜑) ∙cos(𝛽) + +cos(𝛿) ∙sin(𝜑) ∙sin(𝛽) ∙cos(𝛾)) ∙(sin(𝜔2) −sin (𝜔1)) − (cos(𝛿) ∙sin(𝛽) ∙sin(𝛾)) ∙(cos (𝜔2) −cos (𝜔1)) (10) 𝑏= (cos(𝛿) ∙cos(𝜑)) ∙(sin (𝜔2) −sin (𝜔1)) + (sin(𝛿) ∙sin(𝜑)) ∙(𝜔2 −𝜔1) ∙ 𝜋 180 (11) Lui va Jordan modeliga asosan 𝑅𝑑 va 𝑅𝑔 koeffisiyentlar quyidagi formulalar orqali aniqlanadi. 𝑅𝑑= 1+cos(𝛽) 2 (12) 𝑅𝑔= 1−cos(𝛽) “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №2/2026 145 Mechanical engineering and energy 3. Rupesh J. Patil Comparisom of performance analyisis of Scheffler reflector and model formulation. 2011, pp.1335-1339 Shefler comparisonofperformanceIJST.pdf 4. Mohaymen Alutbi Thi Qar University. Linear Fresnel Reflector. June 2020. Solar energy is a clean and unlimited renewable energy source that can be used to power homes, businesses, schools, hospitals, and other buildings. The advantage of solar panels is that they have a low environmental impact. Solar panels produce zero emissions; they are not like fossil fuels like coal or oil, which release carbon dioxide into the atmosphere. They are made of non-toxic materials like silicon and glass, so there is no risk of releasing harmful waste during the experimental process. Using solar energy has many benefits for the environment. Generating electricity from fossil fuels produces methane and CO2 can lead to the production of harmful gases such as carbon dioxide, which leads to a decrease in air quality. To reduce harmful emissions from fossil fuels, it is necessary to use solar panels wherever possible. The more we use clean sources such as solar energy, the less pollution we can reduce in cities with high smog, reducing the amount of greenhouse gases in the atmosphere [1]. Solar photovoltaic technology has made significant progress in recent years and has become the preferred source of renewable energy. Currently, major research and development efforts are focused on improving efficiency and sustainable performance. However, a number of external factors that affect the performance of solar panels have a negative impact. Therefore, in order to Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 146