Қуёш батареяларининг иқлимга мос турларини аниқлаш ва улар асосидаги фотоиссиқлик батареяларни синовдан ўтказиш таҳлиллари

Калит сўзлар: фотоэлектрик батарея, фотоиссиқлик батареяси, мобиль фотоэлектрик қурилма, монокристалл, поликристалл, иссиқлик коллектори, уяли поликарбонат, қуёш нурланиши, салт юриш кучланиши, қисқа туташув токи, қувват.


Кириш
Дунё миқёсида қайта тикланувчи энергия манбаларининг асосий қисми Қуёш энергиясига тўғри келади. Бу эса ўз навбатида, фотоэлектрик батареяларларга бўлган талабнинг кескин ўсишига олиб келмоқда. Шунинг учун табиий шароитда уларни синовдан ўтказиб, уларнинг мос келадиган самарадорлигини аниқлаш зарур. ФЭБ ларни самарадорлигига салбий таъсир кўрсатадиган асосий омиллардан бири бу юқори ҳароратдир. Иқлими Ўзбекистон шароитига яқин бўлган мамлакатларда фотоэлектрик қурилмалар ишлатилиш мисолларини кўриб ўтамиз.
Иссиқ иқлим шароитида турли типдаги ФЭБ ларнинг электр самарадорлиги ҳақида экватор яқинида жойлашган минтақалар мисолида кўриб ўтамиз.
Перунинг Арекипа, Таcна ва Лима шаҳрида ҳам a-Si, р-Si ва юпқа аморф кремний қатлами билан ўралган юпқа монокристалли кремнийдан иборат фотоэлектрик (қисқартмаси HIT “heterounction with intrinsic thin layer”) батареяларнинг ҳақиқий табиий шароитдаги натижалар таҳлили келтирилган. Унга кўра Арекипа ва Таcна каби чўл иқлимида кристалли кремийдан фойдаланиш афзаллиги келтирилган. Лима шаҳрида эса аморф кремнийдан фойдаланиш самаралироқ эканлиги кўрсатилган [1]. Қувайт иқлими шароитида 6 хил ФЭБ самарадорлиги таҳлил қилиш ва таққослаш амалга оширилган. Синовда танланган ФЭБ лар m-Si, p-Si, HIT, CdTe, CIGS ва a-Si дан фойдаланилган. Натижалар шуни кўрсатдики, m-Si, p-Si ва HIT батареялари юқори нурланиш даражасида яхшироқ ишлаган [2]. M. Шик ва бошқалар томонидан Жазоирнинг қурғоқчил минтақасидаги 400 кВт қувватга эга турли технологияли m-Si, p-Si, a-Si ва CdTe каби тўрт хил ФЭБ ларининг чўл иқлимида таққосланиб таҳлил қилинган. Бу тадқиқот минтақа учун энг самарали ва энг мос турини аниқлаш имконини берган. Бунда юпқа плёнкали ФЭБ га ҳароратнинг ошиши камроқ таъсир қилган [3]. Эроннинг Керман шаҳридаги ФЭБ тизимининг ишлаши ўрганилган. Бу умумий тизим икки тур m-Si ва p-Si ФЭБ лардан ташкил топган. Ушбу тадқиқот натижалари шуни кўрсатдики Эроннинг иссиқ иқлим шароитида икки турдаги кристалли ФЭБ технологиясидан p-Si энергия ишлаб чиқариши m-Si га қараганда каттароқ экан [4]. Бундай тадқиқотлар Бразилия, Марокаш, Ҳиндистон, Туркия, Норвегия, Испания, ва Гретция сингари турли давлатларда табиий шароитда ўтказилган [5-11]. Турли минтақаларда ўтказилган кўплаб тажрибаларда ФЭБ ларга салбий тасир кўрсатадиган асосий омиллар, юқори ҳарорат ва чангланиш эканлигини хулоса қилиш мумкин.
Ўзбекистон иқлими, айниқса жанубий худуди иссиқ минтақалардан бири ҳисобланиб, ФЭБ ларнинг самарадорлиги бундай иқлим шароитида паспорт маълумотларига нисбатан кўпроқ пасаяди. Ёз фаслида эса бу фарқ янада ошади. Шу муносабат билан, фотоэлектрик батареялар билан жиҳозланган такомиллашган қурилмалар яратиш зарурати туғилади.
Бундай қурилмалар олимлар томонидан йиллар давомида ишлаб чиқилиб, (бу борадаги дастлабки тажриба ишлари ЎзР ФА Физика-техника институти олимлари томонидан олиб борилган [12]) улар устида тажрибалар ўтказилиб, янада мукаммаллаштириб борилмоқда [13-27]. Натижада, такомиллашган фотоэлектрик қурилмаларнинг самарадорлиги йилдан–йилга ортиб, иссиқ иқлим минтақаларида ишлаганда ҳам яхши натижаларга эришилмоқда.
Бу тадқиқот ишимизда анъанавий ФЭБ ва ФИБ нинг юқоридаги тажрибалардан фарқ қилувчи томонлари мавжуд:
- ФИБ учун танланган ФЭБ нинг типи ва қуввати;
- иссиқлик коллектори (ИК) параллел каналли поликарбонатдан тайёрланганлиги;
- ИК нинг каналлари тўғри тўртбурчак шаклида эканлиги;
- олд томонда қуёш нурланишини қайтарувчи текисликлар мавжудлиги;
- икки ўқ бўйича буриладиган таянч конструкцияга эгалиги.
- қурилма кўчма қилиб тайёрланганлиги;
ФИБ нинг ушбу жиҳатлари унинг юқорида келтирилган алътернативларига нисбатан устунлигини таъминлайди. Бундан ташқари, юқорида келтирилган тадқиқот ишларида турли типдаги материаллардан тайёрланган ФИБ ларида бир вақтнинг ўзида тажриба синов ишлари ўтказилиб, самарадорлиги солиштирилмаган.
Сўнгги йиллар давомида Физика-техника институти олимлари билан ҳамкорликда ФЭБ лар иссиқ иқлим шароитида ишлаганда самарадорлиги паспорт маълумотларида келтирилган кўрсатгичлардан, кескин фарқ қилишини (пасайишини) олдини олиш учун уларнинг орқа томонига ИК ва нур қайтарувчи текисликлар (рефлекторлар) ўрнатилди. Натижада турли типдаги ФЭБ ларни синовдан ўтказишга мўлжалланган мобил фотоэлектрик қурилма яратилди. Қурилманинг таянч конструкциясида бир хил бурчакда қуёшга қаратилган қуввати 50Вт бўлган уч турдаги ФЭБ лардан олтитаси ўрнатилган. Фотоэлектрик (3 та) ва фотоиссиқлик батареяларнинг (3 та) вазияти йилнинг фаслига қараб қуёш нурларининг оптимал тушиш бурчагига мосламалар ёрдамида тўғрилаш мумкин. Учта оддий ФЭБ ва учта ФИБ жойлашган конструкциянинг ён томонларида модернизация қилинган рефлекторлар ўрнатилди.
Бу тажрибалардан асосий мақсад биринчидан, рефлекторлар ёрдамида қуёш нурланиши интенсивлиги оширилганда қувват кўрсатгичи 50Вт бўлган ҳар хил типдаги ФЭБ ларнинг ўзгаришларини ва иссиқ иқлим шароитида ишлаш самарадорлиги юқори бўлган турини аниқлаш. Иккинчидан, турли типдаги материаллардан тайёрланган ФЭБ асосидаги бир нечта ФИБ ларини бир вақтнинг ўзида бир хил ташқи шароитда солиштириб, энергия самарадорлиги энг юқори бўлган типини аниқлаб олишдан иборатдир.