Fizika matematika fanlari nomzodi

Ishning maqsadi. Ushbu ishda yarimo’tkazgichli fotoelementlarning turlari, ularning ishlashining fizikaviy asoslari va ularni yaratishning texnologiyalari batafsil yoritib beriladi. Ishning so’nggi qismlarida fotoelementlarning parametrlarini o’rganish va fotoelementlarning samaradorligini oshirish, hamda fotoelementlar asosida katta quvvatli quyosh batareyalari yaratish usullari bayon qilinadi. Ishda keltirilgan amaliy tadqiqotlar esa optimal parametrga ega bo’lgan QE konstruktsiyalarini loyihalash, tayyorlash, ular xususiyatlarini o’rganish, QE, batareyalari va fotoelektrik qo’rilmalar texnologiyasini ishlab chiqish va ular asosida har xil konstruktsiyali, turli sharoitda ishlaydigan, har xil qo’vvatli iste’molchilarga mo’ljallangan elektr manba’lari tizimini ishlab chiqarishni amalga oshirishga bag’ishlandi.


Malakaviy bitiruv ishi kirish, to’rtta bob, xulosa va foydalanilgan adabiyotlar ro’yxatidan iborat

ҚУЁШ ЭНЕРГЕТИКАСИНИНГ ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИДА

РИВОЖЛАНТИРИШ ТАМОЙИЛЛАРИ
Р.Р. АВЕЗОВ1, 2, А.У. ВОХИДОВ1, 2, М.А. КУРАЛОВ1
Сайёрамизда бир неча миллион йиллар давомида шаклланган анъанавий ёқилғи –энергетика заҳираларининг кейинги йилларда жадал суръатларда камайиб бориши ҳамда инсониятнинг кундан кунга ўсиб бораётган эҳтиёжларини таъминлаш учун жуда катта миқдорда сарфланаётган органик ёқилғининг ёниши натижасида юзага келган атроф-муҳит ифлосланишининг доимий ўсиш шароитларида ноанъанавий ва қайта тикланувчан муқобил
энергия манбаларидан кенг миқёсларда фойдаланиш барқарор ривожланишнинг асосий омилларидан бири ҳисобланади. Республикамиз иқтисодиёти ривожланишининг ҳозирги босқичида мамлакатимиз энергетик хавфсизлигини таъминлаш, аҳолининг ижтимоий маиший турмуш шароитларини яхшилаш, кейинги аводларимиз учун органик ёқилғи захираларини сақлаб қолиш ва мавжуд экологик ҳолатни юмшатиш борасида қайта тикланувчан энергия манбаларидан амалий фойдаланиш миқёсларини кенгайтириш долзарб ҳисобланади. Республикамиз шароитида қайта тикланувчан энергия манбалари мажмуасига қуёш нурланиши энергияси, оқар сув ва шамол энергиялари, ернинг ички иссиқлик энергияси ҳамда биологик масса (ўсимлик ва хайвонот маҳсулотлари) энергияси киради. Бажарилган илмий тадқиқотлар натижаларига кўра, мамлакатимизда мавжуд қайта тикланувчан энергия манбаларининг йиллик техникавий имконияти 270 миллион тонна шартли ёқилғи энергиясига тенг бўлиб, у сон жиҳатдан ҳозирги вақтда Республикамизнинг йиллик эҳтиёжларини қондириш ва сарфланаётган бирламчи ёқилғи энергетика ресурслари миқдоридан 3 марта
кўпдир.
Республикамиз ҳудудларида иқлимий шароитига кўра қуёш нурланиш энергиясидан фойдаланиш учун қулай минтақада жойлашган. Чунончи, мамлакатимиз вилоятларида йил давомида 250-270 кун булутсиз об-ҳаво кузатилади ва қуёшнинг чарақлаб нур сочиши 2850-3050 соатни ташкил қилади. Йил давомида Ер сиртини ҳар бир квадрат метрига тушадиган йиғинди қуёш нурланинши энергияси миқдори Тошкент вилоятида 6076 МДж, Самарқанд ва Хоразм 10 вилоятларида мос равишда 6398 ва 6755 МДж ни ташкил қилади ва бу энегия миқдорлари ўз навбатида 173-193 м3 табиий газ ёнганда ажралиб чиқадиган иссиқлик энергиясига тенгдир. Агар тушаётган қуёш энергиясини фойдали иш коэффициенти (яъни самарадорлиги) 30 % бўлган қуёший қурилмалар ёрдамида фойдали иссиқликка айлантирилса, бир квадрат метр сатҳга эга бўлган ясси қуёш қурилмаларидан фойдаланиш йилига 85-90 м3 табиий газни тежаш имконини беради. Бундан ташқари бажарилган илмий тадқиқот натижаларига кўра, бир квадрат метр сатҳга бўлган қуёш нурларидан иссиқлик манбаи сифатида фойдаланиш атроф-муҳитга чиқариб ташаланадиган зарарли газлар (углерод қўш оксиди – CO2) миқдорини 120-130 кг камайтириш мумкин.
Республикамиз Президентининг 2017 йил 7 февралдан эътиборан ПФ -4947 – сон “Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича харакатлар стратегияси” тўғрисидаги ва 2017 йил 26 майдан эътиборан ПҚ -3012 – сон “ 2017-2021” йилларда қайта тикланувчан энергетикани янада ривожлантириш, иқтисодиёт тармоқлари ва ижтимоий соҳада энергия самарадорлигини ошириш чора тадбирлари тўғрисида” ги қарорига мувофиқ 2025 йилгача умумий энергия ишлаб чиқариш таркибига қайта тикланувчан энергия манбалари улушини 12,7 % дан 19,7 % гача, шу жумладан гидроэнергетика улушини 15,8 %, қуёш энергетикаси улушини 2,3 % гача, шамол энергетикасини эса 1,6 % гача ўсиши қайд қилинган [1, 2].
Республикамизда қуёш энергиясидан кенг миқёсларда амалий фойдаланишнинг асосий йўналишлари уни иссиқлик ва электр энергияларига айлантиришдан иборатдир. Қуёш энергиясини иссиқлик энергиясига айлантириш ва ундан турар жой бинолари ва ижтимоий-маиший корхоналарнинг иссиқлик таъминоти тизимларида иссиқлик манбаи сифатида фойдаланиш бутун дунёдаги сингари технологик жиҳатдан тайёр соҳа ҳисобланади. Таъкидлаб ўтиш лозимки, Республикамиз миқёсида ҳар йили аҳолининг иссиқлик таъминоти эҳтиёжлари учун ишлаб чиқариладиган ёқилғи энергетика ресурсларининг ярми, яъни 37 миллион тонна шартли ёқилғи сарфланади ва унинг тахминан 30 % иссиқ сув таъминоти тизимларига тўғри келади.
Республикамиз олимларининг қуёш энергиясидан иссиқлик таъминоти тизимларида фойдаланиш борасида бажарган илмий тадқиқот ишларининг натижаларига кўра, йилнинг илиқ мавсумларида, яъни май-сентябрь ойлари мобайнида аҳоли турар жой биноларининг иссиқ сувга бўлган эҳтиёжини 85÷90 % ни қуёш энергиясидан фойдаланиш ҳисобига қоплаш мумкин. Республикамиз бўйича бундай кўрсатгични амалга ошириш учун аҳоли жон бошига тўғри келадиган қуёший сув иситгич қурилма (коллектор) ларнинг сатҳи 0,65 м2 гача етказилиши талаб қилинади.
Агар 2018 йилнинг апрел ойига келиб Республикамиз аҳолисининг сони 32,5 миллион нафарга етганини ҳисобга олсак мамлакатимиз бўйича фойдаланишимиз лозим бўлган қуёший сув иситгич коллекторларининг сатҳи 21 миллион квадрат метрни ташкил қилади.
Ҳозирги пайтда қуёший иссиқ сув таъминоти тизимлари учун қуёший сув иситгичлар, иссиқ сув бак-аккумляторлари, иссиқлик алмаштиригич ва бошқа бутловчи қисмлар “Thermo Water Electric" МЧЖ корхонаси, “MIR - SOLAR” МЧЖ ва қатор қўшма корхоналарда ташкил қилинган. Қуёш энергиясини электр энергиясига айлантириш борасида ҳам Респуликамизда
сезиларли натижаларга эришилган. Жумладан, 2014 йилда Корея Республикаси мутахассислари билан биргаликда Наманган вилоятининг Поп туманида қуввати 130 кВт бўлган дастлабки қуёший электр станция қурилиб ишга туширилди. 2016 йилда Бухоро вилоятининг Қоракўл туманида Қандим газни қайта ишлаш тизимида узлуксиз электр энергияси таъминоти тизими учун қуввати 1,2 МВт бўлган қуёший фотоэлектрик станция ишга туширилди [3] . 2016 йилда Ўз ФА Астраномия институтининг Майданак обсерваториясида қуввати 27 кВт бўлган қуёший фотоэлектрик станция, 2015 йилда Олмалик тоғ-металлургия комбинатида 112 кВт қувватга эга бўлган қуёший фотоэлектрик станция, 2017 йилда “Қуёш энергияси халқаро институти” МЧЖда қуввати 27 кВт бўлган ва электр тармоғига уланган қуёший фотоэлектрик станция ва 2016 йилда Ислом Каримов номидаги Тошкент давлат техника университетининг энергетика факультетида қуввати 20 кВт 11 бўлган ва таълим жараёнида фойдаланишга мўлжалланган қуёший фотоэлектрик станциялар ишга туширилди.
Ўзбекистон қайта тикланувчи энергия турларининг юқори техник салоҳиятига эга, яъни бир йилда қуёш энергияси орқали энергия ишлаб чиқариш 525 - 760 миллиард кВт, шамол энергияси 1 млрд кВт, биомасса бир йилда 6 млрд м³ биометан ташкил этади. "Ўзбекистонда қуёш энергиясидан фойдаланишни ривожлантириш" йўл ҳаритаси қуёш энергиясидан фойдаланиш, экологик хавфсиз, ижтимоий ва иқтисодий барқарор бўлган механизмлар, ҳаракатлар, дастурлар ва тегишли лойиҳаларни ишлаб чиқиш учун қулай шарт-шароитлар яратишга оид муаммо ва тўсиқларни аниқлаш, Ўзбекистонни миллий манфаатлари ва 2030 йилгача бўлган даврда босқичма-босқич амалга оширилиши кўзда тутилган давлат дастурига мувофиқ ривожлантириш мақсадида ишлаб чиқилган. "2017-2019 йилларда Ўзбекистон Республикасининг қайта тикланадиган энергетикасини ривожлантириш" концепциясида умумий электр энергия тармоғидан узоқ жойларда 212 МВт
(10-25 МВт) умумий қувватга эга 30 дан ортиқ саноат қуёш фотоэлектрик электр станциялари, шунингдек электр таъминоти сифатини яхшилаш мақсадида 254 МВт умумий қувватга эга тўрт шамол паркларини ташкил этиш лойиҳаларини амалга оширишни ўрганиш кўзда тутилган. Концепцияни амалга ошириш натижасида, яқин келажакда мамлакат энергетика балансида қайта тикланувчи энергетика улуши 19-23% гача етиши мумкин, ва натижада бир йилда 5-6
миллиард куб метрдан ортиқ табиий газни ҚТЭМ ҳисобидан алмаштиришга эришилади, ва қуёш энергияси иқтисодиёт ва энергетика соҳасида асосий ҳаракатлантирувчи кучга айланади.
Оптимистик сценарийга кўра ўрнатилган 2030 йилда 3 ГВт га етади: 5 ТВт·соат ишлаб чиқариш қуввати 50 миллион АҚШ долларига тенг бўлган йиллик даромад келтиради, 2700 бевосита иш ўринлари ташкил этилади ва 900 миллион АҚШ долларини инвестиция қилиш эҳтиёжи шаклланади. Умумий инвестициялар ҳажми 7 млрд. АҚШ долларини ташкил қилади.
Юқорида келтирилган фикрлардан шуни хулоса қилиш мумкинки юртимизда муқобил энергия манбаларидан иқтисодиётимизнинг турли соҳаларида кенг кўламли фойдаланиш иқтисодий, ижтимоий ҳамда экологик жиҳатдан муҳим аҳамият касб этади.
Ўзбекистон Республикаси географик жиҳатдан стратегик жойлашувига кўра, ҳамда йиллар давомида тўпланган билим ва кўникмалар асосида қуёш энергетикаси соҳасида илм-фан, технология ва ишлаб чиқаришда Ўрта Осиё ҳудудида етакчи марказ бўлиши мумкин.

Адабиётлар:

1. Ўзбекистон Республикаси Президенти фармони ПФ-4947 – сон “Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича харакатлар стратегияси тўғрисида”, 7.02.2017 йилдан
2. Ўзбекистон Республикаси Президенти қарори ПҚ -3012 – сон “ 2017-2021” йилларда қайта тикланувчан энергетикани янада ривожлантириш, иқтисодиёт тармоқлари ва ижтимоий соҳада энергия самарадорлигини ошириш чора тадбирлари тўғрисида”,
26.05.2017 йилдан.
3. https://ru.sputniknews-uz.com/economy/20160401/2356873.html

ASOSIY QISM,

1-BOB. YaRIMO’TKAZGIChLAR VA ULAR ASOSIDAGI QUYoSh FOTOELEMENTLARI TO’G’RISIDA UMUMIY TUShUNChALAR.
1-§. Yarimo’tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari.
Quyosh elementlari (QE) asosan yarimo’tkazgichli (YaO’) materiallar asosida tayerlanadi. Shuning uchun QE optik va fotoelektrik
xususiyatlarini bilish, YaO’ materiallar tuzilishini, ularning metallar va dielektrik materiallardan farkini va YaO’ materiallar uchun bevosita asosiy bo’lgan xususiyatlarni O’rganishni taqozo etadi.
Qattiq jismlar hosil bo’lishini YaO’ materiallar misolida elektron nazariyasi nuqtai nazaridan ko’rib o’tamiz. Qattiq jism hosil bo’lishi jarayonida, atomlarning bir-biriga nisbatan yaqinlashishi shu darajagacha boradiki, natijada tashqi qobiqdagi elektronlarning umumlashishi hosil bo’ladi. Atomdagi alohida elektronlarning yakka ayrim orbitalari o’rniga umumlashgan kollektiv orbitalar hosil bo’ladi, va atomdagi qobiqchalar sohalarga birlashadi hamda ular umuman kristallga tegishli bo’lib qoladi. Elektronlar harakatining xarakteri mutlaq o’zgaradi, ma’lum atomda va ma’lum energetik satxda joylashgan elektronlar energiyasini o’zgartirmasdan shu energetik sathdagi boshqa qo’shni atomga o’tish imkoniyatiga ega bo’ladi va, binobarin elektronlarni kristallda erkin siljishi kuzatiladi.
Kristallning barcha atomlarning ichki qobiqlari elektronlar bilan tO’la bo’ladi. Faqat eng yuqoridagi ayrim sathlardan iborat valent elektronlari joylashgan sohadagina, sathlar to’laligicha egallanmagan bo’ladi. Kristallning elektr o’tkazuvchanligi, optik va boshqa xususiyatlari asosan valent sohasining to’ldirilish darajasiga va undan yuqoridagi sohagacha bo’lgan energetik masofa bilan aniqlanadi va unga o’tkazuvchanlik sohasi deyiladi. Issiqlik va optik kuzg’atilish hisobiga o’tkazuvchanlik sohasiga valent sohasidan elektronlar o’tishi va elektr tokini o’tkazishda ishtirok qilishi mumkin. Valent sohasida hosil bo’lgan bo’sh o’rinlarga elektronlarning kO’chishi, unga qarama-qarshi bo’lgan musbat zaryadlarning harakatini hosil qiladi va bu zaryadlarga kovaklar deyiladi.
Dielektriklar deb, valent sohasi tO’ldirilgan va bu sohadan keyingi, O’tkazuvchanlik sohagacha energetik masofa nisbatan katta bo’lgan moddalarga aytiladi.
Metallar esa boshqacha tuzilishga egadir. Ularda valent sohasi qisman tO’ldirilgan bo’ladi, yoki undan keyingi soha-o’tkazuvchan sohasi bilan kirishishgan bo’ladi.
Agar moddaning valent sohasi tO’laligicha egallanmagan bo’lsayu, ammo o’tkazuvchanlik sohasigacha bo’lgan energetik masofa nisbatan kichik (2 eV dan kamroq) bo’lsa, bunday moddalar YaO’ deyiladi. YaO’ xususiyatlari xususan elektr o’tkazuvchanligi tashqi muhitga, ayniqsa haroratga bog’lik bo’ladi. Harorat (T)ning
ortishi elektronlar miqdorining valent va o’tkazuvchanlik soha orasida joylashgan man qilingan sohadan ( Eg ) o’tib o’tkazuvchanlik sohasiga o’tishda tok tashuvchilarning eksponentsial ravishda kO’payishiga va elektr o’tkazuvchanlikning (σ)
σ qAexp(-EgG’2kT) (1)
tenglamaga asosan o’zgarishiga olib keladi. Bu erda k– Boltsman doimiysi, A – moddani xarakterlovchi o’zgarmas kattalik.
Metallarning elektr O’tkazuvchanligi erkin elektronlar kontsentratsiyasi O’zgarmas bo’lganligi tufayli elektronlar harakatchanligining haroratga bog’likligi bilan aniqlanadi va haroratning ortishi bilan asta-sekin kamayadi..
Yuqoridagi tenglamani logarifmlab qo’yidagi ifodani hosil qilamiz.
ln σ q ln A- EG’2kT (2)
Bu tenglamani yarim logarifmik koordinatalarda grafik ravishda kO’rsatish mumkin. Hosil bo’lgan tO’g’ri chiziq va uning φ burchak tangensi YaO’ materiallarning asosiy parametri bo’lgan, man qilingan soha kengligi Eg q tgφ ni aniqlaydi.
Optik yutilishni O’lchashdan aniqlangan Eg ning kattaligi, kO’pincha YaO’ materialdagi erkin zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasiga, haroratga va kirishmalar energetik sathlarining man qilingan sohada mavjudligiga bog’lik bo’ladi. Agar o’tkazuvchanlik sohasi tubidagi va valent sohasi ustidagi holatlar zaryad tashuvchilar bilan tO’ldirilgan bo’lsa, u holda kirishmali YaO’ materiallar uchun E_g sof xususiy materialga tegishli qiymatidan kattaroq bo’lishi mumkin. Agar kirishmalar hosil qilgan soha eng yaqin ruxsat etilgan soha chegarasi bilan birlashib ketsa (masalan, ko’p miqdordagi kirishmalar kiritilganda kuzatiladigan holat), u holda Eg kamayadi. Eg ning bunday kamayishi asosiy yutilish chegarasiga ta’sir qiladi.
YaO’ materialda yutilish koeffitsienti α odatda to’lkin energiyasining 1G’ α masofada e marotaba kamayishi orqali aniqlanadi va u N q N_o exp(-αℓ) dan topiladi. Bu erda N – YaO’ materialda ℓ chuqo’rlikka kirgan fotonlar oqimining zichligi, N_o – material sirtini kesib utuvchi fotonlar oqimining zichligi.