АНАЛИЗ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНЫХ ПЕЧЕЙ И ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 22 DOI: https://10.5281/zenodo.17489040 АНАЛИЗ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНЫХ ПЕЧЕЙ И ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Бобоқулов Фаррух Аловиддин ўғли АННОТАЦИЯ Актуальность и востребованность солнечных технологии с каждым годом растет. На современном этапе развития мировой энергетики остро ощущается необходимость разработки технологии возобновляемых энергетических ресурсов. В Узбекистане благодаря географическому расположению и природноклиматическим условиям из всех возобновляемых источников энергии приоритетной является солнечная энергия. В некоторых регионах Узбекистанa солнечные дни составляют более 270÷300дней в году, что показывает возможность практически круглый год использовать солнечную энергию. В связи с этим, разработка и создание крупномасштабной солнечной технологии нужна уже сегодня. В работе проведен обзорный анализ по современным структурам солнечных технологии и приоритетной задачей данной проблемы определены: разработка режимов работы с помощью компьютерного моделирования, моделирование структуры фокального пятна в фокусе оптической системы и возможности применения современных цифровых и компьютерных технологии. Ключевые слова: солнечная электростанция, солнечная печь, теплоприемник, коэффициент эффективности, косинус-фактор, гелиостат, оптическая система. ANALYSIS OF THE PERFORMANCE COEFFICIENT OF SOLAR FURNACES AND OPTICAL SYSTEMS OF SOLAR POWER PLANTS Boboqulov Farrukh Aloviddin ugli Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 23 ABSTRACT The relevance and demand for solar technology is growing every year. At the present stage of world energy and the world society faces a major challenge, it is the need to consume renewable energy resources. These resources can be obtained using solar technology. Due to the geographical location and climatic conditions of all renewable energy sources, solar energy has priority in Uzbekhstan. In some regions of Uzbekhstan, sunny days are more than 270-300days a year, which shows the possibility of using solar energy almost all year round. In this regard, the development and creation of large-scale solar technology is needed today. The paper provides an overview analysis of modern structures of solar technology and the priority task of this problem is: the development of operating modes using computer modeling, modeling of the structure of the focal spot in the focus of the optical system and the possibility of using modern digital and computer technologies. Keywords: solar power plant, solar furnace, heat sink, efficiency coefficient, cosine factor, heliostat, optical system. QUYOSH PECHLARI VA QUYOSH ELEKTR STANTSIYASINING OPTIK TIZIMLARINING ISHLASH KOEFFITSIENTINI TAHLIL QILISH Boboqulov Farrux Aloviddin o‘g‘li ANNOTATSIYA Quyosh texnologiyasiga bo‘lgan talab va talab yil sayin ortib bormoqda. Jahon energetikasining hozirgi bosqichida va jahon jamiyati katta qiyinchiliklarga duch kelmoqda, bu qayta tiklanadigan energiya manbalarini iste’mol qilish zarurati. Ushbu resurslarni quyosh texnologiyasi yordamida olish mumkin. Barcha qayta tiklanadigan energiya manbalarining geografik joylashuvi va iqlim sharoiti tufayli O‘zbekistonda quyosh energiyasi ustuvor ahamiyatga ega. O‘zbekistonning ayrim hududlarida quyoshli kunlar yiliga 270-300 kundan oshadi, bu deyarli butun yil davomida quyosh energiyasidan foydalanish imkoniyatini ko‘rsatadi. Shu munosabat bilan bugungi kunda keng ko‘lamli quyosh texnologiyasini ishlab chiqish va yaratish zarur. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 24 Maqolada quyosh texnologiyasining zamonaviy tuzilmalarining umumiy tahlili keltirilgan va ushbu muammoning ustuvor vazifasi: kompyuter modellashtirishdan foydalangan holda ish rejimlarini ishlab chiqish, optik tizim markazida fokusli nuqta tuzilishini modellashtirish va zamonaviy raqamli va kompyuter texnologiyalaridan foydalanish imkoniyati. Kalit so‘zlar: quyosh elektr stantsiyasi, quyosh pechkasi, issiqlik qabul qilgich, samaradorlik koeffitsienti, kosinus omili, geliostat, optik tizim. ВВЕДЕНИЕ Технологическая структура солнечных печей (СП) и электростанции (СЭС) представляют собой сложное энергетическое сооружение предназначенное для выработки тепловой и электрической энергии в промышленных масштабах на основе преобразования энергии солнечного излучения [1]. Модули солнечных электростанции - создаются по одной из двух вариантов: СЭС башенного типа и СЭС модульного типа распределенными приемниками, в которых используются различные схемы зеркальных концентраторов для концентрации солнечных лучей в одном месте или в линии. Модуль СП представляет собой сложную зеркальную оптическую систему который включает в себя большой параболоидный концентратор, следящие фокусные зеркальные гелиостаты и теплоприемник полосного типа, который расположен на фокусе параболоидного концентратора [2]. На различных этапах проектирования СЭС и СП в таких сложных оптических системах возникает ряд задач теоретического и практического характера. С энергетической точки зрения солнечное излучение обладает относительно небольшой энергетической плотностью, поэтому одним из путей повышения эффективности и конкурентоспособности солнечных установок это вопросы концентрации солнечного потока в их оптических системах [3]. К особенностям решения указанного комплекса задач СП и СЭС относится разработка и создание методов расчетно-экспериментального определения оптико-геометрических систем и вопросы оптимизации оптико-энергетических характеристик зеркальных систем. Анализ существующих методов для определения оптико-энергетических характеристик прямого и концентрированного потока солнечного излучения показали, что основные существующие методы достаточно сложны и трудоёмки. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 25 Первая солнечная станция башенного типа мощностью 5 мВт была построена в Крыму 1986 году, а первая большая солнечная печь (БСП) была построена и начала работать во Франции в городе Одейо в 1970 году, а затем в 1987 году в Паркенте (Узбекистан) была построена аналогичная солнечная печь мегаваттной мощности (БСП) [4]. В этих объектах были разработаны некоторые методы для проведения юстировки гелиостатов, контроля и измерения энергетической освещённости на фокальной области оптической системы СП. Многолетний опыт показывает, что в настоящее время эксплуатация больших солнечных печей (БСП), которые были построены, как в Узбекистане так и во Франции, обуславливается постоянной поддержкой заложенных оптикоэнергетических проектных параметров станции. Например, в Узбекистане на БСП уже требуется усовершенствование существующих методик с целью ускорения и автоматизации процесса эксплуатации оптической системы [5]. Обзор международных научных исследований показывает, что в области зеркальных концентраторов оптической системы СП и СЭС проводятся опыты в крупных научных центрах ведущих стран, в том числе Национальных лабораториях ВИЭ (США, Германия, Франция, Испания, ВИЭСХ и ИВТАН Россия) по следующим приоритетным направлениям: разработка современных методов математического моделирования режимов работы поле гелиостатов, моделирование структуры фокального пятна в фокусе оптической системы (СП и СЭС), измерение и контроль основных параметров с применением современных цифровых технологии. Поэтому для поиска перспективных технических решений по созданию солнечных печей и солнечных станции необходимо разработка математических моделей работы их отдельных подсистем. МЕТОДОЛОГИЯ Одной из основных проблем возникающих при проектировании СЭС и СП является проблема выбора рациональной схемы зеркальной оптической системы [6]. Зеркальная система СЭС и СП обладает всеми чертами различных факторов, нормальная работа которых возможна только при учете множества разнородных факторов ограничений, взаимопротивоположных эффектов, предъявляемых к ним в процессе их работы. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 26 Например, для достижения высокого коэффициента концентрации потока излучения требуется размещение большого количества зеркальных отражателей на минимально возможной площади. Однако плотное расположение зеркальных отражателей в зеркальном поле приводит к их взаимному затенению [6]. Таким образом, потери потока солнечного излучения в оптической системе следует рассматривать как реальные факторы, влияющие на режимы эффективной работы СЭС и СП. Поэтому мы на данном этапе построения модели работы оптических систем зеркального поля СЭС и СП учитываем те категории факторов оптической системы, на уровень которых мы можем активно повлиять. Для успешного решения данной задачи нужны специальные классы математических моделей, позволяющие проводить сравнительный анализ и отбор вариантов компоновки оптической системы СП и СЭС [7]. Таким образом, в методологическом плане задачей модели оптической системы поля гелиостата является выявление, описание, визуализация и количественные, качественные характеристики, определяющие эффективность зеркальной поверхности гелиостатной солнечной установки, то есть коэффициент эффективности гелиостатов . Таким образом, ориентация гелиостата на поле однозначно определяется тремя векторами 𝑆 𝑖, 𝑅 󰇍  𝑖, 𝑁 󰇍 󰇍  𝑖. Теперь можно определить отношения этих векторов из геометрической схемы (рисунок 1). Здесь используются свойства зеркального отражения и правила скалярного произведения единичных векторов для i-го гелиостата в данный момент времени. Это равно косинусу половины угла между векторами: (𝑆 𝑖, 𝑁 󰇍 󰇍  𝑖) = (𝑁 󰇍 󰇍  𝑖, 𝑅 󰇍  𝑖) = 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑖 (1) (𝑆 𝑖, 𝑅 󰇍  𝑖) = 𝑐𝑜𝑠 2𝜑𝑖 (2) Здесь выражение косинуса двойного угла: 2 1 2 )2cos1( cos      + =i i   (3) Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 27 Значения коэффициента косинуса cos  это и есть коэффициент полезного действия  оптической системы солнечной СЭС. Из уравнения (1) и (3), запишем: 2 1 2 )),(1( cos        + == i i RS  (4) Теперь для численной реализации алгоритма расчета значений коэффициента полезного действия оптической системы солнечной станции на ЭВМ, представим векторное выражение косинусного коэффициента уравнение (4) в виде координатного выражения [8]. В локально декартовой системе координат XYZ компоненты единичного вектора Солнца имеют вид: +−= coscossinsincos  x S ,sincos −=  y S (5) += coscoscossinsin  z S где  - широта расположения СЭС,  = 43 северная широта (нами был выбран для проекта СЭС региона Туркестанской области).  - склонение солнца определяется по формуле: ( )   ,365/284360sin5.23 n+=  (6)  -Часовой угол определяется по формуле:  = (7) где  -угловая скорость Земли, что равно: ч 0 15 24 2==   (8)  - солнечное время в часах, отсчитываемое от астрономического полудня. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 28 Из рисунка 1 компоненты единичного вектора в системе координат XYZ для отдельных гелиостатов определяются следующим образом:           −+−+− −−− 2 1 222 ])()()[( ,, ijijij ijijij i zzyyxx zzyyxx R (9) Здесь сделаем следующие упрощения. Предположим, что в первом приближении гелиостаты выровнены в плоскости XY, тогда координаты прицеливания, сфокусированные в точке М, для всех гелиостатов будут: , ;0 ;0 Hz y x j j j = = = где Н=70м - высота башни, r=110 м - радиус поле гелиостатов. Тогда из уравнения (9) получаем компоненты вектора R в следующем виде: ; )( 2 1 22 , Hyx x R ii i ix ++ = ; )( 2 1 22 , Hyx x R ii i iy ++ = (10) 2 1 22 , )( Hyx H R ii iz ++ = Теперь можно, коэффициент эффективности  для всех гелиостатов солнечной электростанции башенного типа можно определить как: 2 1 2 )),(1( cos        + == i i RS  (11) где izziyyixx iRSRSRSRS ,,, ),( ++= Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 29 Из уравнения (11) видно, что коэффициент эффективности  гелиостатов зависит от угловых переменных, распределение его значений по полю однозначно определяется линейными координатами. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Как было отмечено в работе, благодаря географическому расположению и природно-климатическим условиям, использование солнечной энергии для некоторых регионов Узбекистана более актуально, для решения энергетических, экологических и экономических проблем энергетического сектора [9]. Энергетический потенциал солнечного излучения в Казахстане достаточно высок, в некоторых регионах солнечные дни составляют более 300 дней в году. Поэтому создание крупномасштабных солнечных технологии возможно при решении ряда приоритетных задач данной проблемы [10]. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: (REFERENCES) 1 Fei Chen, Ming Li, and Peng Zhang Distribution of Energy Density and Optimization on the Surface of the Receiver for Parabolic Trough Solar Concentrator. // Hindawi Publishing Corporation International Journal of Photoenergy Volume 2015, Article ID 120917, 10 pages. 2 H. Yilmaz, A. Mwesigue, «Modeling simulation and performance analysis of parabolic though solar collectors: A comprehensive review», Applied energy, vol. 225, pp. 135-174, 2018. 3 I. Sapaev, E. Saitov, N. Zohidov and B. Kamanov, «Matlab-model of a solar photovoltaic station integrated with a local electrical network», Conmechydro-2020 IOPConf. Series: Materials Science and Engineering 883(2020) 012116. 4 А.И. Отто «Автономные энергетические установки с экстремальным регулированием мощности фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск-2018. 5 В.А. Майоров «Исследование тепловых характеристик теплофотоэлектрического солнечного модуля с концентратором и приемником треугольного профиля», Гелиотехника, Том 54, №6, стр. 45-55, 2018. 6 Д.С. Стребков, А.Е. Иродионов. Н.С. Филиппченкова. «Солнечные концентраторные модули с жалюзийными гелиостатами», -М.: ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. с. 144, 2019. 7 N.R. Avezova, A.U. Vokhidov, A.A. Farmonov and N.N. Dalmuradova, «Renewable energy: challenges and solutions», Applied Solar Energy, vol. 55, no. 2, pp. 149-152. 2019 Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | SPECIAL ISSUE 13 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal October, 2025 30 8 «Global installierte Photovoltaik-Kraftwerksleistung nähert sich der 100-GigawattMarke», Solar Server 2 March 2017. 9 Benoit Stutz, Nolwenn le Pierres, Frederic Kuznik, et al., «Storage of thermal solar energy», C.R. Physique, no. 18, pp. 401-414, 2017. 10 Maria Herrando, Alba Ramos, James Freeman, Ignacio Zabalza, Christos N. Markides «Technoeconomic modelling and optimisation of solar combined heat and power systems based on flat-box PVT collectors for domestic applications», Energy Conversion and Management, no. 175, pp 67-85, 2018.