Все статьи - Энергия и виды топлива

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мире в быстроразвивающейся области физической электроники одним из перспективных направлений является исследования при формировании наноматериалов, зависимости магнитных, электрических, оптических и других свойств от размеров. В этом плане исследование размерных эффектов зависимых от природы материалов и проявление полупроводниковых свойств в наноразмерных металлах, а в полупроводниках изменение ширины их запрещенной зоны с уменьшением их размеров является одним из основных задач.
В годы независимости в нашей республике особое внимание обращено развитию области физической электроники включающей физические явления и процессы, имеющие фундаментальное значение при создании различных типов приборов. В этом аспекте укрепление обладающей новыми качественными свойствами материальной базы, а также улучшение качества путем введения в кристаллы дополнительных элементов в свете современных требований, совершенствование их технологии достигнуты существенные результаты. На основе Стратегии действий дальнейшего развития Республики Узбекистан укрепление элементной базы производимых в области нано- и микроэлектроники физической электроники, расширение функциональных свойств обеспечивающих их широкое применение имеет важное значение.
На сегодня в мире исследование электронных свойств и закономерностей формирования наноразмерных структур открывает возможность повышения адгезии металлов, уменьшению электрического сопротивления контакта к структурам на основе кремния, которые способствуют повышению их стабильной работы. В этом аспекте целевые научные исследования, в том числе реализация в нижеприведенных направлениях: проведение имплантации ионов металлов при различных энергиях и дозах; проведение бомбардировки ионами металлов и изучение закономерностей и механизмов образования наноразмерных фаз в полупроводниках путем последовательного термического отжига; исследование влияния распыления заряженных металлов на формирование тонких оксидных пленок Si. В этом направлении проводимые научные исследования указывают на актуальность данной диертации.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении первого Президента Респуб-лики Узбекистан №ПП-1442 «О приоритетных направлениях развития индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2015 года и №-ПП-2789 «О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности Академии наук, организаций, управления и финансирования научно-исследовательской деятельности» от 17 февраля 2017 года а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является получение наноразмерных структур и многослойных систем на основе монокристаллов Мо и Si методами эпитаксии и ионной имплантации, изучение закономерностей и выяснение физических механизмов их формирования.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
Выявлены физические механизмы образования интерметаллических соединений типа Nb+Mo в приповерхностном слое Мо при имплантации ионов Nb* в сочетании с отжигом и экспериментально доказано, что образование интерметаллида приводит к формированию ниже уровня Ферми Мо электронной подзоны 4d электронов Nb, что приводит к изменению плотности состояния валентных электронов Мо.
Экспериментально установлено, что при имплантации ионов Ва в Мо не образуется интерметаллическое соединение, однако вследствие уменьшения работы выхода и увеличения атомной плотности приповерхностного слоя эмиссионная эффективность вторичных и фотоэлектронов увеличивается в 2 и более раза.
установлены основные закономерности формирования наноразмерных фаз и слоев MeSi2 в приповерхностной области Si в процессе ионной имплантации и последующего отжига, а также разработаны методики оценки их размеров и определения параметров энергетических зон, основанные на изучении изменения интенсивности проходящего света;
разработана технология получении однородных поликристаллических нанопленок SiO2 различной толщины (d~20-100A) и с шириной запрещенной зоны ~8,5^9 эВ методом имплантации ионов О2+на поверхности Si;
обосновано, что наличие в потоке напыляемых металлических веществ (А1) нескольких процентов ускоренных ионов (Ео=1-2 кэВ) приводит к полному разрушению тонкой окисной пленки на поверхности Si и созданию переходного слоя приводящего повышению адгезии металла на кремниевых подложках и резкому снижению контактного электросопротивления;
разработана методика получения наноразмерных двухслойных систем типа MeSi2/Si/MeSi2/Si (Me-Со, Na), интегральная толщина которых не превышает 40-5-50 нм, толщина поверхностной пленки CoSi2 составляет 3-5-5 нм, толщина приповерхностной пленки - 10-5-12 нм, а толщина пленки Si между этими слоями - 10-5-20 нм.
Заключение
В результате исследования наноразмерных структур и многослойных систем на основе монокристаллов Мо и Si методами эпитаксии и ионной имплантации, изучению закономерностей и выяснению физических механизмов их формирования сделаны ледующие выводы.
1. Установлено, что при имплантации ионов Nb+ в Мо в сочетании с прогревом вследствие частичного замещения в узлах решетки атомов Мо атомами Nb формируются нанокристаллические фазы интерметаллического соединения Nb+Mo, а в случае имплантации ионов Ва в Мо интерметаллические соединения не образуются.
2. Выявлена неизменность плотности атомов в приповерхностном слое Мо при образовании интерметаллидов Nb+Mo и уменьшение е<р поверхности, а также заметное изменение 5т и У молибдена из-за наличия наноразмерных фаз и слоев.
3. Показано, что метод изучения зависимости интенсивности проходящего света от его энергии (длины волны) является эффективным для оценки степени покрытия поверхности полупроводников и диэлектриков новыми фазами и определения ширины запрещенной зоны наноразмерных структур, расположенных на различных глубинах исследуемого материала.
4. Методом имплантации ионов Me в Si получены нанокристаллические фазы MeSi2 и слои на поверхности и в приповерхностном слое Si, оценены значения разрыва краев зон ДЕС и ДЕУ на границе гетероструктур CoSi2/Si при переходном слое MeSiVSi толщиной 100-120А.
5. Показно, что объем нанокристаллических фаз MeSi2, созданных в различных глубинах Si с постоянный дозой имплантированных ионов будет примерно одинаковым, а ширина запрещенной зоны нанокристаллических фаз CoSi2 с размерами (1-2)- 10 ls см3 сформированных в различных глубинах приповерхностной областях Si, находится в пределах 0,8-0,9 эВ.
6. Показана возможность получения сплошных однородных поликристаллических пленок SiO2 толщиной d = 25 - 100 А путем варьирования энергией ионов в пределах 1-5 кэВ при низкоэнергетической высокодозной (D > 61016 см’2) имплантации ионов 0^ в Si в сочетании с термическим отжигом. Ширина запрещенной зоны SiO2/Si составляет 8,5-9 эВ. В пленках SiCb/Si и CoSi2/Si. полученных при дозах ионов D = 81015 -4 1016 см’2 имеются регулярно расположенные наноучастки Si с плотностью 10*-Ю11 см2.
7. Показано, что электронно-лучевое плазменное напыление ускоренных ионов АГ (~2-3%) приводит к разрушению связи Si-O и освобождению кислорода, улучшению адгезии атомов А1 в Si и снижению контактного электросопротивления в 8-10 раз.
8. Методом ионной имплантации получены двухслойные наносистемы типа MeSi2/Si/MeSi2/Si на поверхности Si и определены оптимальные режимы ионной имплнтации и нагрева обеспечивющие получение нанослоев на различных глубинах MeSi2.
9. Предложена методика легирования Si со стороны подложки, основанная на предварительном внедрении примесей в подложку ионной бомбардировкой. В частности, в случае легирования системы Si/Mo фосфором, оптимальным являлись энергия ионов Ео=4-5 кэВ, доза облучающих ионов D=10‘ см’2 и температурный прогрев при Т=1000 К.

Актуальность и востребованность темы диссертации. В современном мире приобретают важное значение исследования, направленные на бесперебойное охлаждение технологического оборудования в производственных отраслях, повышение эффективности обеспечения качественной электроэнергией, а также создание энерго- и ресурсосберегающих рабочих режимов. В связи с этим, уделяется особое внимание повышению энергетической эффективности охлаждения воды с помощью оросителей, движущейся в технологических линиях промышленных предприятий. В этом направлении, том числе, в развитых странах «широкое применение в промышленных предприятиях градирен позволяет до 95% сократить потребление подпиточной воды»1.
В мире развитие промышленных предприятий при повышении эффективности теплоэнергетики, в том числе разработке надежных и экологических чистых технологий приобретает особое значение. В этой отрасли, в частности, в системе оборотного водоснабжения совершенствование установок, определяющие факторы, влияющие на качество работы каждого отдельного элемента, разработка комплексных методов повышения охлаждающих способностей в системе оборотного водоснабжения, создания энергосберегающих градирен, является одной из важных задач научно -исследовательских работ.
После обретения независимости нашей республики особое внимание уделяется качественному развитию важнейшей отрасли экономики-энергетики, повышению ее технико - технологической оснащенности на основе современных требований. В связи с этим, для интенсификации тепло - и массообменных процессов в градирнях промышленных предприятий на технологических объектах, а также при разработке технических средств повышения энергетической эффективности системы оборотного водоснабжения требуется усовершенствование алгоритма, обеспечивающего оптимальную работу оросительных установок, интенсифицирующих тепло -массообменные процессы в градирнях. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан в 2017-2021 годах отмечены задачи «...сокращения энергоемкости и ресурсоем кости экономики, широкого внедрения в производство энергосберегающих технологий»". Реализация данных задач, в том числе обеспечение энергетического баланса энергосберегающих режимов охлаждения воды в технологических линиях промышленных предприятий и разработка усовершенствованного алгоритма компенсационных методов расчета потерь энергии считается одной из важнейших задач.
Данное диссертационное исследование в определённой степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан №У П-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановления Кабинета Министров Республики Узбекистан «О программах сокращения использования энергии и внедрения энергосберегающей технологии в отраслях экономики и социальной сфере на 2015-2019 годы» №ПК-2343 от 5 мая 2015 года, Постановления Президента ПК-3012 от 2017 года «О программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергетический эффективности в отраслях экономии и социальных сферах в 2017-2021 годах» и других правовых документах относящихся к соответствующий деятельности.
Целью исследования является увеличение степени охлаждения в оросительных устройствах на промышленных предприятиях за счет интенсификации тепло- массообменных процессов, снижение гидравлического сопротивления, разработка режимных условий повышения энергетической эффективности.
Научная новизна исследования заключаются в следующем: разработаны энерготехнологические схемы оборотного технического водоснабжения с энергоэффективными трубчатыми оросителями из композиционных полимерных материалов в градирнях испарительного охлаждения;
установлены основные энерготехнологические параметры тепло-и массообменных процессов в энергоэффективных композиционных полимерных трубчатых оросителях градирни испарительного охлаждения;
разработан метод процесса охлаждения воды в трубчатых оросителях с учетом турбулентности и неравномерности распределения фаз;
разработан алгоритм управления процесса тепло- и массообмена, охлаждения воды в устройствах трубчатого оросителя;
определены параметры гидравлического сопротивления пучка труб в зависимости от высоты оросителя при различных температурах и скоростях воздуха в системе охлаждения градирен.
Заключение
Результатами исследований по теме докторская диссертации «Разработка технологии в охладителях-градирнях за счет интенсификации тепломассообменных процессов» являются:
1. Разработка математической модели движения газа и жидкости в оросителе градирни испарительного охлаждения, учитывающая влияние жидкой фазы, коэффициентов турбулентного обмена, теплоотдачи, массообмена и балансовых соотношений переносимой массы теплового потока и позволявющая выбирать вариант расчета оросителей градирен, что позволило при построении балансов теплопередачи массообменна получить степень точности выше 5 %.
2. Методом численных экспериментов выявлено:
- характерные режимы установок испарительного охлаждения и проанализированы характерные распределения температур, концентраций, потоков по высоте насадки в пределах 0,2-1,2 м;
- влияние конструктивных параметров - высоты насадки в пределах 0,2-1,2м и ширины каналов 0,063 м - на охлаждающую способность градирни. В результате получена возможность определения оптимального значения высоты при котором температура охлаждающий воды достигает 27 °C.
3. Установлено, что интенсивность процессов тепло-и массопереноса при взаимодействии потоков газа и жидкости в аппарате с насадочными контактными элементами(ороситель) при диспергировании жидкой фазы зависит от расположения элементов оросителя. В результате получена возможность точного расчета оптимального значения: степени дробления капель в зоне диспергатора и межтрубном пространстве; смачиваемости контактных элементов оросителя жидкостью; скорости воздуха; величины расхода воды.
4. На экспериментальном стенде исследованиями установлены зависимости коэффициента массоотдачи, теплоотдачи и теплового КПД от скорости воздуха, расхода воды, плотности орошения и зависимости гидравлического сопротивления оросителя от его высоты. В результате полимерная композиционная оросительная установка размера 1,0x1,0x2,0 м3 позволила интенсифицировать процесс охлаждения воды на 30 -35 % по сравнению с проектным.
5. Математическая модель и результаты экспериментальных исследований использованы при разработке методики расчета выбора оптимальных технических решений по конструированию оросителей в промышленных градирнях. В результате получена возможность выбора оптимального варианта конструкции
6. На разработанный ороситель (Блок оросителей с размерами (1,0x1,0x2,0 м3) получены государственные стандарт, Tsh 15008740-01:2013, патент на полезную модель №FAP 01048 «Оросители градирни». Данный ороситель внедрен при модернизации трёхвентиляторной градирни ГНКС «Кокдумалак» ООО «Мубарекнефтегаза», а также четвертой секции шестисекционной градирни ООО «МГПЗ». В результате внедрения оросителя БОП-63 в ГНКС «Кокдумалак» ООО «Мубарекнефтегаза» и ООО «МГПЗ» получена возможность экономической эффективности в размере 136 859 602 сум в ценах 2015 года.

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире важную роль имеет повышение эффективности обеспечения технологических машин в отраслях производства бесперебойной и качественной электроэнергией и исследования направленнные на создание энерго- и ресурсосбрегающих режимов их работы. В этом отношении особое значение уделяется повышению энергоэффективности технологических линий и перекачивающих машин химической промышленности с помощью современных электромеханических и полупроводниковых преобразователей, микропроцессорных средств автоматического контроля и управления. В развитых странах «по причине превышения потребляемой мощности в широко применяемых на химических предприятиях перекачивающих машинах и их электроприводов, над установленной на 40...50%, значительное снижение повышенного энергопотребления достигается за счет обеспечения экономичных режимов работы перекачивающих машин и изменения скорости вращения приводного двигателя»1.
В мире особое внимание придаётся разработке технических средств и технологий, обеспечивающих энерго и ресурсосберегающие режимы работы перекачивающих машин регулируемыми электроприводами предприятий химической промышленности. В этой отрасли осуществление научно-исследовательских работ, в том числе, направленных на разработку энергосберегающих технологий насосов с частотно-регулируемыми электроприводами, энергоэффективных режимов работы компрессоров, вентиляторов и их электроприводов, а также создание энергосберегающего электропривода для вентиляторной нагрузки, обеспечивающего минимизацию потерь мощности в асинхронном электродвигателе являются одной из важнейших задач.
После обретения независимости Республики особое внимание уделяется качественному развитию энергетики, являющейся одной из важнейших отраслей экономки и способствующих повышению её техникотехнологического уровня на основе современных требований. В этом отношении значительные результаты достигнуты по разработке новых типов и схем автоматически управляемых электроприводов перекачивающих машин промышленных предприятий. Вместе с тем, в том числе, требуется совершенствование структурных схем, алгоритмов управления регулируемого электропривода, обеспечивающего энерго и ресурсосберегающих режимов работы и методов снжения энергопотребления перекачивающих машин химических предприятий. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы определены задачи по «...сокращению энергоемкости и ресурсоемкое™ экономики, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий...»2. Реализация этих проблем, в том числе, обеспечение энергетического равновесия энергосберегающих режимов работы технологических и перекачивающих машин на химических предприятиях, совершенствования методов оптимизации потерь мощности, разработка структурных схем частотно-регулируемых электроприводов и алгоритма экстремального управления считается одной из важнейших задач.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановлениях Президента Республики Узбекистан №ПП-2343 от 5 мая 2015 года «О Программе мер по сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015-2019 годы» и №ПП-3012 от 26 мая 2017 года «О программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сфере на 2017-2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной области.
Целью исследования является разработка энергосберегающих режимов перекачивающих машин химических предприятий с регулируемыми электроприводами.
Научная новизна исследования заключаются в следующем: разработаны энергосберегающие режимы работы насосов, вентиляторов и компрессоров, структурные схемы и алгоритмы управления регулируемых электроприводов;
определены зависимости потерь мощности группы насосов от частоты и соотношения числа насосов на основе обеспечения равновесия передачи воды для создания эффективной структуры насосных станции;
усовершенствована схема энергосберегающего частотно-регулируемого асинхронного электропривода с экстремальной системой управления для вентиляторной нагрузки;
разработана аналитическая зависимость величиной и частотой напряжения двигателя, на основе частотного управления, для уменьшения нагрева двигателя при пусковом разгоне вентилятора с большой инерцией.
Заключение
исследований, проведенных по теме перекачивающих машин химических электроприводами» диссертации доктора наукам, представлено следующее
На основе результатов «Энергосберегающие режимы производств с регулируемыми философии (PhD) по техническим заключение:
1. Разработаны энерго и ресурсосберегающие режимы насосов путем подрезки рабочего колеса, использование энергосберегающих асинхронных двигателей и обеспечения соответствия потребляемой мощности насоса к требованиям технологического процесса, а также регулирование скорости вращения насоса. На основе анализа и расчета потерь гидравлической мощности группы насосов, оснащенных регулируемыми электроприводами разработана новая структура насосной станции, характеризующаяся приемлемой стоимостью и минимальными энергетическими затратами. В результате получена возможность уменьшения расхода электроэнергии для насосных установок на 35...40%.
2. Разработаны методы повышения эффективности функционирования турбокомпрессоров для производства сжатого воздуха и их электроприводов: перевод компрессора в глубокое дросселирование; расширение диапазона регулирования производительности механизма; внедрение группового регулирования давления в воздухопроводной сети; обеспечение плавного пуска высоковольтного синхронного электропривода. В результате обеспечена возможность экономии расхода электроэнергии для компрессорных установок на 10...15%,
3. Разработаны и внедрены энергоэффективные режимы вентиляторов и их электроприводов: частотный пуск вентиляторов с большими моментами инерции, частотное регулирование производительности вентиляционных установок грануляции и градирни, дымососов и дутьевых вентиляторов котельных агрегатов предприятия. В результате получена возможность снижение потребляемой мощности вентиляторных установок грануляции и градирни почти в два раза, для вентиляторов котельных установок на 20...25%.
4. Усовершенствована схема энергосберегающего частотно-регулируемого асинхронного электропривода для вентиляторной нагрузки с экстремальной системой управления, на основе серийно выпускаемого в настоящее время электропривода. Данная система электропривода обеспечивает возможность достижения улучшенных энергосберегающих и динамических свойств.
5. Предложена методика определения экономического эффекта от регулирования производительности и давления турбомеханизмов, учитывающая экономии электроэнергии, ресурсосбережение и технологические эффекты и она внедрена в частотно-регулируемой электроприводе на действующем котельном цехе предприятия.
6. Результаты исследований внедрены на АО «Farg'onaazot» в виде энерго и ресурсоэффективных режимов работы насосов, насосных станций, вентиляторов и тягодутьевых механизмов с частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами; центробежных турбокомпрессоров в производстве сжатого воздуха и их высоковольтных синхронных электроприводов. За счет внедрения результатов научных исследований получена возможность снижения электропотребления перекачивающих машин на 6%

Актуальность и востребованность темы диссертации. Научные исследования, направленные на расширение масштабов использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, экономию углеводородных топливно-энергетических ресурсов и стабилизацию экологической ситуации, представляет важное значение в развитие мировой энергетики. В долгосрочных национальных энергетических программах развитых стран мира предусмотрено повышение доли возобновляемых источников энергии, как минимум, до 20%’. В этой связи в мировой практике интенсивными темпами развиваются масштабы использования солнечной энергии в системах тепло-и электроснабжения, являющейся одним из перспективных видов возобновляемых источников энергии и в свою очередь уделяется особое внимание на развитие данной сферы.
В мире большое внимание в этой области уделяется вопросам повышения тепловой эффективности использования плоских солнечных коллекторов в системах горячего водоснабжения. В этом направлении, в частности, в 2016 году общая тепловая мощность плоских солнечных коллекторов, используемых в системах горячего водоснабжения, в мире составляла 456 ГВт (652 млн. кв.м), а темп ежегодного роста их использования в течении 2004-2016 годов составлял 13,69%2. Актуальными задачами в этой сфере считаются научные исследования, направленные на разработку научных и инженерных основ моделирования процессов теплового преобразования солнечной энергии в плоских коллекторах, оптимизацию их конструктивных, теплотехнических и режимных параметров, усовершенствование процедуры их теплового тестирования и поиску путей повышения эффективности их использования в системах горячего водоснабжения.
В настоящее время особое внимание уделено проблемам преобразования солнечной энергии в тепловую и использование последней в качестве источника тепла в системах горячего водоснабжения жилых зданий, коммунально-бытовых и социальных объектов, которые с технологической точки зрения являются наиболее подготовленной сферой широкомасштабного применения. В этом направлении, в частности, в разработке и создании новых высокоэффективных поколений основного элемента систем горячего водоснабжения - плоских солнечных коллекторов и на их основе двухконтурных солнечно-топливных котельных, достигнуты значительные результаты. Вместе с тем, для постоянного совершенствования плоских солнечных коллекторов и расширения масштабов их использования в системах горячего водоснабжения требуются научно-обоснованные результаты по их технико-экономическим и экологическим показателям. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы отмечены задачи «...сокращения энергоемкости и ресурсоемкое™ экономики, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий, расширение использования возобновляемых источников энергии ...»3. Реализация этих положений, в том числе, по повышению эффективности использования плоских солнечных коллекторов в системах горячего водоснабжения, оптимизации их основных параметров, моделированию процессов теплового преобразования солнечной энергии, считается одной из важнейших задач.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан № УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», в Постановлениях Президента Республики Узбекистан № ПП-3012 от 26 мая 2017 года «О программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сферы на 2017-2021 годы» и № ПП-3379 от 8 ноября 2017 года «О мерах по обеспечению рационального использования энергоресурсов», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в этой сфере.
Целью исследования является разработка решений по повышению эффективности использования плоских солнечных коллекторов в системах горячего водоснабжения, оптимизации их основных теплотехнических и конструктивных параметров, моделированию процессов теплового преобразования солнечной энергии в них.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
на основе моделирования процессов частичного поглощения и преобразования в тепло солнечного излучения в светопрозрачном покрытии плоских солнечных коллекторов впервые установлено выражение для расчета тепловой мощности сформированного в нем внутреннего источника тепла;
выведены расчетные выражения для определения распределения температуры и поверхностной плотности теплового потока по толщине светопрозрачного покрытия, значения температур и удельных тепловых потерь на его внутренней и наружной поверхностях при наличии в нем внутреннего источника тепла;
впервые установлено аппроксимационное выражение для определения эффективного приведенного коэффициента тепловых потерь лучепоглощаю-щих теплообменных панелей в зависимости от ее среднерабочей температуры и температуры окружающей среды;
на основе моделирования тепловых процессов, происходящих в листотрубных лучепоглощающих теплообменных панелях плоских солнечных коллекторов предложен бесконтактный метод определения значения их среднерабочей температуры и установлено выражение для определения среднемассовой температуры жидкости, протекающей через них;
разработана методика комплексной оптимизации межтрубного расстояния листотрубной лучепоглощающей теплообменной панели и впервые установлена графическая зависимость определения оптимального значения их межтрубного расстояния от коэффициента тепловых потерь в окружающую среду, толщины и коэффициента теплопроводности материала изготовления их лучепоглощающей пластины;
создан лабораторный испытательный стенд, на котором реализована процедура проведения краткосрочных тепловых испытаний плоских солнечных коллекторов для нагрева жидкого теплоносителя в натурных квазиста-ционарных условиях и предложена методика ускоренной обработки их результатов, позволяющая существенно сократить продолжительность тестов;
впервые разработана тепловая модель для определения удельной теплопроизводительность плоского солнечного коллектора для нагрева жидкого теплоносителя в зависимости от наперед заданного значения температуры получаемой горячей воды;
впервые установлены апроксимационные зависимости для определения удельной годовой и сезонной (за теплый период года) теплопроизводительности плоских солнечных коллекторов определены рациональные сроки эксплуатации, установлены технико-экономические и экологические показатели их использования в системах горячего водоснабжения.
Заключение
На основе результатов исследований по решению поставленных в диссертации задач, предлагается следующее заключение:
1. Впервые получено расчетное выражение для определения мощности внутреннего источника тепла в светопрозрачных покрытиях плоских солнечных коллекторов, в котором учтены экспоненциальное распределение мощности поглощенного солнечного излучения по их толщине и взаимной противоположности направлений многократно отраженных потоков солнечного излучения между границами разделов светопрозрачного покрытия и замкнутой воздушной прослойки системы «лучепоглощающая теплообменная панель - светопрозрачное покрытие». Данное выражение позволяет глубже исследовать тепловые процессы, происходящие в системе «лучепоглощающая теплообменная панель - светопрозрачное покрытие» плоских солнечных коллекторов.
2. Изучены температурное поле и процесс теплопередачи через светопрозрачное покрытие корпуса плоских солнечных коллекторов при наличии в нем внутреннего источника тепла, сформированного вследствие частичного поглощения и преобразования в тепло проходящего через него солнечного излучения и на этой основе впервые установлены расчетные выражения для определения распределения температуры и удельных тепловых потоков по его толщине, значений температур и поверхностных плотностей тепловых потоков на его внутренней и наружной поверхностях.
3. Впервые выведено расчетное выражение для определения эффективного приведенного коэффициента тепловых потерь лучепоглощающей теплообменной панели плоских солнечных коллекторов в окружающую среду с учетом их среднерабочей температуры и температуры окружающей среды, а также частичного поглощения солнечного излучения в их светопрозрачных покрытиях.
4. Впервые разработаны тепловые модели для определения среднерабочей температуры лучепоглощающих теплообменных панелей плоских солнечных коллекторов бесконтактным методом, позволяющие определить значение ее среднерабочей температуры, усредненной по длине их теплоотводящих каналов среднемассовой температуры теплоносителя и коэффициента тепловой эффективности лучепоглощающих панелей рассматриваемого типа.
5. Впервые разработана тепловая модель для комплексной оптимизации межтрубного расстояния листотрубных лучепоглощающих теплообменных панелей плоских солнечных коллекторов и расхода теплоносителя через них.
6. Создан лабораторный испытательный стенд для проведения теплового тестирования плоских солнечных коллекторов для нагрева жидкого теплоносителя, разработана методика проведения с его помощью краткосрочных тепловых тестов коллекторов.
7. Совершенствована методика проведения и обработки результатов теплового тестирования плоских солнечных коллекторов в натурных квази-стационарных условиях, позволяющие существенно сократить продолжительность проведения испытаний и определения значений коэффициента тепловой эффективности и приведенного коэффициента тепловых потерь в окружающую среду от лучепоглощающих теплообменных панелей в отдельности.
8. Разработана тепловая модель для определения удельной теплопроиз-водительности плоских солнечных коллекторов в зависимости от наперед заданного значения температуры нагреваемой воды и на основе ее реализации впервые установлены дневные, среднемесячные ходы и годовая (сезонная) сумма их теплопроизводительности и тепловой эффективности в диапазоне изменения температуры получаемой из них горячей воды от 37 до 55°С.
9. На основе анализа и обобщения полученных результатов определены рациональные сроки эффективного использования плоских солнечных коллекторов в системах горячего водоснабжения и определены их техникоэкономические и экологические показатели в зависимости от температуры нагреваемой воды.

Актуальность и востребованность темы диссертации. Разработка и совершенствование существующих технологий и устройств для переработки первичных и вторичных материалов под воздействием физических, химических и физико-механических процессов приобретают лидирующие позиции в мире. «Среднее электропотребление оборудования для переработки полезных ископаемых составляет 100 кВт ч и более, в том числе для получения измельчения материалов требуется затратить электроэнергии 25 кВт ч на тонну при 100 мкм, а при 15 мкм до 150 кВт ч на тонну»1. В связи с этим решающее значение имеет улучшение энергосберегающих технологий и устройств для измельчения до мелких частиц минералов, разделения их на элементы при обогащения.
В мире в настоящее время после достижения определенных успехов в создании технологий механического измельчения первичных и вторичных материалов формируется ориентация научно-исследовательских работ на разработку энергоэффективных способов и устройств при переработке минералов под действием электромагнитного поля. В этом направлении сопутствующими проблемами являются улучшение свойств первичных материалов и получение материалов с новыми свойствами для применения в различных областях, а также использование в качестве вторичного сырья техногенных отходов производства. Чрезвычайно актуальна разработка устройств электромагнитного сепаратора с новыми конструкциями и схемами, энергоэффективных и ресурсосберегающих - с использованием интеллектуальных систем управления в процессе обработки.
После обретения независимости республики особое внимание уделяется повышению технического и технологического уровня переработки природных ресурсов, модернизации существующих средств, а также внедрению новых видов оборудования. В этой связи значительные результаты достигнуты по усовершенствованию новых устройств измельчения композиционных материалов промышленных предприятий путем разработки шаровых мельниц и дробильных установок. В то же время одним из самых важных вопросов в данном направлении является научно-исследовательская работа по получению мелкодисперсных однородных материалов, а также их разделению на энерго - и ресурсосберегающих электромагнитных установках. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы определены задачи «...сокращение энергоемкости и ресурсоемкое™ экономики, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий, расширение использования возобновляемых источников энергии, повышение производительности труда в отраслях экономики...»2. Реализация этих проблем, в том числе переработка техногенного и минерального сырья, получение новых типов материалов, а также разработка многофункциональных электромагнитных управляющих установок, оснащенных современными микроконтроллерами, коммутационными элементами и новыми схемами программного обеспечения - всё это является элементами решения важнейшей задачи энергосбережения.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан № УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановлениях Президента Республики Узбекистан от 26 мая 2017 года № ПП-3012 «О Программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сфере на 2017 - 2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в этой сфере.
Целью исследования является совершенствование методов горнорудного анализа на основе электромагнитных полей и разработка энергосберегающих технологий и устройств для переработки пород.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
обоснованы зависимости взаимодействия заряженных частиц в электромагнитном поле для разделения необходимых элементов от композитных материалов;
усовершенствованы методы построения эквиэнергетических поверхностей для измельчения композиционных материалов на основе свойств электромагнитного поля;
усовершенствованы методы получения высококачественного цемента и сверхчистых материалов с помощью устройства по обогащению материалов на основе электромагнитных полей;
разработано многофункциональное устройство управления для улучшения технологического процесса получения экологически чистых материалов, их измельчения, разделения и обогащения.
Заключение
Обобщая результаты фундаментальных коллективных исследований по природе единого пространственного поля и выделяя те главные особенности, относящиеся к данной диссертации, можно сделать следующие выводы:
1. Проведен анализ действия электромагнитных полей на физико-химические характеристики объектов природы. В результате использования полученных дифференциальных и волновых уравнений найдены параметры устройств измельчения, извлечения и обогащения минералов.
2. Разработаны энергосберегающие устройства измельчения (дисперсностью в 500мкм до 1-5мкм), извлечения, обогащения материалов, металлов, сплавов и очистка жидких растворов на основе теории электромагнитного поля. В результате очищены от железа, алюминия и других металлов: мел, каолин, бентонит
3. Разработаны методики получения сверхчистых и наноматериалов, высокомарочных цементов с применением зольных отходов на основе электромагнитного поля; выявлено, что наибольшей прочностью обладает состав вяжущего цемента - 50% золошлак - 50%, также цемент - 40% золошлак - 60%.
4. Результаты испытании, проводимые на базе ГП «Центральной лаборатории» Госкомгеологии РУз, показали увеличение содержания глинозема с 18,9% в сырье до 37,8% в концентрате, при этом выход концентрата составил 41-42% от загрузки из исходного каолина.
5. Получены формулы для инженерной методики расчета рабочих режимов для измельчения, разделения и обогащения минералов на основе экспериментальных характеристик.
6. Выявлено влияние электромагнитного поля на сыпучие материалы, отходы ТЭС, на обогащение и разделение компонентов сырья на ценные составляющие, а также получены микросферы из золошлака и золоуноса.
7. Предложенные технологии включены во «Временный технологический регламент» для разработки рабочего проекта: «Технология сухого обогащения вторичных каолинов Ангренского месторождения» Госкомгеология РУз. В результате двойное сокращение технологического процесса вторичной технологии обогащения каолина позволило снизить потребление энергии на 35%.
Общий экономический эффект от внедрения устройства электромагнитного поля составляет 136 млн. сум в год.

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире важное значение имеют исследования, связанные с повышением эффективности потребления электрической энергии, с учетом энерго- и ресурсосберегающих режимов. В этом отношении особое внимание уделяется улучшению режимов работы объектов электросталеплавильного производства, точное определение значения удельного расхода электроэнергии на единицу продукции и с применением методов прогнозирования на предприятиях черной металлургии с целью повышения эффективности электропотребления. В развитых странах мира «повышение спроса на продукцию электросталеплавильного производства приводит к увеличению темпов роста потребления электрической энергии. В последние 5 лет в мире производство стали увеличилось на 10-12%, поэтому задача повышения эффективности использования электроэнергии в предприятиях черной металлургии является актуальной».1
В мире в электросталеплавильном производстве на предприятиях черной металлургии особое внимание уделяется нормированию и прогнозированию показателей электрической энергии и разработке научно обоснованных значений этих показателей. Научно-исследовательские работы в этой области, в частности, разработка эффективных рабочих режимов потребления электроэнергии, энергоэффективных технологий и установок в технологическом производстве, а также разработка новых методов и алгоритмов нормирования и прогнозирования, являются важными задачами.
В настоящее время в республике особое внимание уделяется качественному развитию энергетики, являющейся одной из важнейших отраслей экономки и способствующих повышению её техникотехнологического уровня на основе современных требований. В этом направлении достигнуты значительные успехи, в частности, при решении задач повышения эффективности использования электроэнергии, разработке и внедрении энергоэффективных рабочих режимов. Вместе с тем нормирование и прогнозирование потребления энергоресурсов, методы снижения электропотребления, а также разработка алгоритмов, определяющих энерго-и ресурсосберегающие режимы работы электроустановок, являются первоочередными задачами. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы определены задачи: «...сокращение энергоемкости и ресурсоемкое™ экономики, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий, расширение использования возобновляемых источников энергии, повышение производительности труда в отраслях экономики...»2. Реализация этих проблем, в том числе, анализ энергетических показателей объектов электросталеплавильного производства, определение прогнозных значений удельного расхода электроэнергии, улучшение режимов работы оборудования, усовершенствование методов нормирования и разработка программ расчета параметров электропотребления, с учетом специфики технологического процесса.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановлениях Президента Республики Узбекистан №ПП-2343 от 5 мая 2015 года «О Программе мер по сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015-2019 годы» и №ПП-3012 от 26 мая 2017 года «О программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сфере на 2017-2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной области.
Целью исследования является усовершенствование методов нормирования и прогнозирования параметров электропотребления, с учетом электрических режимов на предприятиях черной металлургии для повышения эффективности использования электроэнергии.
Научная новизна исследования заключается в следующем: усовершенствована многоуровневая структура нормирования электропотребления с учетом электрических режимов выплавки стали;
разработано методическое пособие, позволяющее устанавливать определение норм расходов по видам энергии при производстве
металлопроката;
усовершенствована схема формирования прогнозируемую величину удельного расхода электроэнергии с учетом технологических факторов;
разработаны алгоритм и метод определения оптимальных режимов работы оборудования электросталеплавильного цеха на основе анализа энергетических характеристик.
Заключение
Обобщая результаты фундаментальных коллективных исследований по повышению эффективности электропотребления, на предприятиях черной металлургии, относящиеся к данной диссертации, можно сделать следующие выводы:
1. Улучшен электрический режим выплавки стали на основе оптимальной укладки первичной шихты. В результате обеспечено снижения расхода электроэнергии за счет сокращения времени плавки стали.
2. Усовершенствована многоуровневая структура нормирования электропотребления, которая дает возможность нормирования электроэнергии на всех уровнях потребления.
3. Разработан метод корректировки норм удельного расхода электроэнергии на выпускаемую единицу продукции при изменении состава (типов) технологического оборудования, а также объема и номенклатуры продукции. В результате обеспечено повышение точности расчетов при определении показателей норм с учетом изменения их составляющих.
4. Разработан и внедрен методический материал «Методы нормирования потребления ТЭР при производстве металлопроката АО «Узметкомбинат». В результате обеспечено определение научно обоснованных норм по видам энергии для уровня потребления.
5. Усовершенствована схема формирования прогнозируемой величины удельного расхода электроэнергии на всех уровнях потребления предприятия. В результате определено значение этой величины на единицу продукции, с учетом не только энергетических, но и технологических факторов, что позволяет упростить и повысить точность расчетов.
6. На основе анализа энергетических характеристик разработаны методы и алгоритмы, определяющие оптимальные режимы работы по параметрам электропотребления основного оборудования электросталеплавильного цеха. В результате при нарушении энергетических показателей оборудования характеристики норм принимают условные пределы, которые позволяют определить причины отклонения с учетом технологических факторов.
7. Результаты исследований приняты для внедрения в цехах сортопрокатного №1 и №2, электросталеплавильного, кислороднокомпрессорного и в производстве товаров народного потребления. Использование результатов научных исследований дает возможность снижения значения расхода электроэнергии в цехах предприятий до 2,5%.
Использование рекомендаций по повышению эффективности электропотребления на предприятиях черной металлургии дает ожидаемый экономический эффект в размере 58 млн сум в год.

Актуальность и востребованность темы диссертации. Анализ мирового энергетического потенциала показывает, что важнейшей особенностью топливно-энергетического баланса выступает увеличение в нем доли угля, которая возрастет с 26% в 2006 г. до 29% в 2030 г. Во многих странах цена угля относительно низка, чем цена нефти и газа, и доля электрической энергии, вырабатываемой за счет угля, в США составляет 52%, в Германии 53%, в Китае 78%. В перспективе традиционные виды энергоресурсов (нефть, газ и уголь) сохранят свои лидирующие позиции. На долю их будет приходиться до 79% прироста спроса в период 2006-2030 гг., в том числе на долю угля - 35%, на долю газа - 24% и долю нефти - 20%’.
В годы независимости развитие промышленных отраслей с ускоренными темпами привело к повышению спроса на топливноминеральные сырьевые ресурсы и потребовало их добычи в большом количестве. В настоящее время в экономико-экологическом развитии топливно-энергетического комплекса имеется ряд нерешенных проблем. Одной из них является обеспечение экономико-экологического интегрирования деятельности отрасли посредством улучшения горнотехнических условий добычи топливных ресурсов, комплексного использования ресурсов во взаимосвязи с окружающей средой. Энергетический сектор генерирует в среднем 65 тыс.тонн выбросов двуокиси серы в год. Это составляет 58,8% всех промышленных отходов и 30,7% от общего объема выбросов серы. Увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны и ее активное использование может привести к резкому увеличению процесса загрязнения-. В Стратегии действий по пяти приоритетным направлениям развития страны в 2017-2021 годах определены приоритетные задачи по «...дальнейшей модернизации и диверсификации промышленности путем перевода ее на качественно новый уровень, направленные на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов»3. Своевременное и эффективное решение этих задач требует экономико-экологического развития топливно-энергетического комплекса в условиях модернизации экономики.
Исходя из передового зарубежного опыта, накопленного в мировой практике, требуется совершенствование научных основ экономикоэкологического развития деятельности топливно-энергетического комплекса республики. В этой связи разработка научно обоснованных предложений и рекомендаций, направленных на обеспечение экономико-экологического интегрирования деятельности топливно-энергетического комплекса страны является одним из актуальных вопросов сегодняшнего дня.
Диссертационное исследование в определенной мере служит выполнению задач, отмеченных в Указах Президента Республики Узбекистан №УП-4947 «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан» от 7 февраля 2017 года, №УП-4707 «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства в 2015-2019 г.г.» от 4 марта 2015 года, Постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан №161 «Об утверждении программы модернизации, технического и технологического перевооружения предприятий угольной промышленности и ее сбалансированного развития на период 2013-2018 годы» от 6 июня 2013 года и в других нормативноправовых актах.
Целью исследования является разработка научно обоснованных предложений и практических рекомендаций по экономико-экологическому развитию угледобывающей отрасли топливно-энергетического комплекса в условиях модернизации экономики.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
предложен стадийный механизм совершенствования интегрированной экономико-экологической деятельности предприятий топливно-энергетического комплекса;
усовершенствована система интегрирования взаимодействий между субъектами экологического программирования и окружающей среды при разработке мероприятий интегрированной экономико-экологической деятельности;
разработана модель взаимодействия экологических, экономических, социальных факторов и максимизации экономико-экологической эффективности при комплексном использовании ресурсов угольных месторождений;
разработаны организационно-экономические критерии развития деятельности энергохимического ресурсного комплекса.
Заключение
В результате выполнения диссертационной работы были получены следующие выводы:
1. Доля загрязнения окружающей среды в загрязняющих выбросах из ключевых отраслей национальной экономики электроэнергетики составляет 33%, нефти и газа - 31%. Каждый год энергетический сектор генерирует в среднем 65 тыс. тонн выбросов двуокиси серы. Это 58,8% всех промышленных отходов и 30,7% от общего объема выбросов серы. Учитывая увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны и ее активное использование, может привести к резкому увеличению процесса загрязнения.
2. Угольная промышленность, как отдельная отрасль ТЭК, развивается во взаимосвязи с нефтегазовой отраслью, электроэнергетикой и реализует свою стратегию развития в соответствии с эффективностью потребления топлива на тепловых электростанциях. В последние годы она характеризовалась стабильным ростом объемов добычи угля и сбытом продукции, а также стабильной динамикой ключевых экономических и финансовых показателей. Целесообразно разработать оптимальный вариант экономико-экологического развития, чтобы угледобывающая отрасль ТЭК могла занимать ведущее место в развитии национальной экономики, принимая во внимание необходимость в перспективе повышения доли угля в топливно-энергетическом балансе страны.
3. При теоретической и методологической оценке экономикоэкологического развития угледобывающей отрасли ТЭК целесообразно использовать экономико-экологическое программирование деятельности в качестве экономико-экологической системы. Такой подход к вопросу, направленность на устранение отрицательных экологических экстерналиев посредством мер обеспечения устойчивого развития отрасли, представление программированием возможности улучшения показателей деятельности, направленность на ускорение перехода к улучшающим экологическим условиям новых технологических процессов обеспечит реализацию посредством предвидения результатов деятельности экономического и экологического развития отрасли в условиях модернизации экономики.
4. Разработка программы экологизации и повышения экономической эффективности экономико-экологического развития угледобывающей отрасли ТЭК и применение механизмов внедрения в условиях модернизации экономики имеет актуальное значение. Использование на практике предлагаемой системы экономико-экологических программ поможет ликвидировать негативные экологические экстерналии с помощью системы мер, стимулировать улучшение макро- и микроэкономических показателей, ускорить переход к новым технологическим процессам, которые радикально улучшают экологическую ситуацию.
5. Предлагаемый алгоритм экономико-экологической оценки и развития деятельности угледобывающей отрасли ТЭК разработан в виде упрощенной блок-схемы и позволил экономико-экологически обосновать направления развития отрасли с учетом изменений выбранных приоритетов и макроэкономических факторов.
6. Существует достаточный потенциал для экологизации деятельности, то есть доведения деятельности по добыче и переработке с производства монопродукта до производства полипродукта. Экологизация деятельности отраслей ТЭК является одной из перспективных направлений в повышении экспортного потенциала страны и, соответственно, выступает толчком для достижения экономико-экологической эффективности предприятиями отрасли.
7. На основе применения модели повышения экономико-экологической эффективности комплексного использования ресурсов угольных месторождений и оценки экономико-экологической эффективности комплексного использования ресурсов удалось совершенствовать деятельность АО «Узбекуголь» и внедрить новые проекты по повышению экономико-экологической эффективности. Рентабельность проекта, принятого на основе модели оценки экономико-экологической эффективности комплексного использования ресурсов составила 67,6% и позволила получить экономическую эффективность в сумме 117,9 млн.сум.
8. Проект по экологической трансформации угледобывающих предприятий и тепловых электростанций, действующих на основе сжигания угля с целью обеспечения экономической и экологической интеграции деятельности - организационно-экономические критерии развития деятельности энергохимического ресурсного комплекса предоставит возможность для сокращения закупок сырья по импорту, утилизации отходов за счет использования необходимых продуктов, улучшения экологических условий региона добычи и использования угля. В ходе исследования организационно-экономические критерии добычи и использования угля были использованы для анализа прогнозных показателей модернизации отрасли и ее сбалансированного развития, и по прогнозным показателям срок окупаемости проекта составил 3,9 года с получением 103,3 млрд, сум экономического эффекта.
9. Разработаны прогнозные показатели до 2040 года с учетом факторов, влияющих на экономико-экологическое развитие угольной промышленности и представлены меры и механизмы для экономико-экологического развития отрасли на основе прогнозных показателей среднесрочного и долгосрочного развития угольной промышленности.

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время одной из важных проблем в мире, развивающихся ускоренными темпами в сфере физики полупроводников, считается повышение эффективности фотоэлектрического преобразования энергии в структурах на кремниевой основе. При этом важными задачами остаются обеспечение эффективного поглощения светового потока, падающего на поверхность фотопреобразователей; снижение скорости поверхносной и объёмной рекомбинации фотогенерированных носителей заряда; получение новых перспективных структур для высокоэффективных фотопреобразователей; изучение их электрофизических и фотоэлектрических свойств, а также исследование возможностей сокращения расхода дорогостоящего кремния.
На данный момент в мире в плане повышения эффективности фотоэлектрического преобразования энергии в структурах на кремниевой основе важными задачами научных исследований считаются следующие: определение возможностей повышения эффективности преобразования фотоэлектрической энергии за счёт снижения темпа объёмной рекомбинации фотогенерированных носителей заряда в гомо- и гетероструктурах с р-п-переходом на кремниевой основе; анализ возможностей обеспечения эффективного собирания фотогенерированных носителей заряда в эмиттерном слое и на фронтальной поверхности кремниевых структур за счет применения инновационных технических решений; получение новых широкозонных и дешёвых материалов и структур, перспективных для создания эффективных фотопреобразователей и определение механизмов переноса заряда в них.
В нашей стране в приоритетных направлениях развития науки, в частности, в отрасли использования возобновляемых источников энергии получены важные результаты, направленные на повышению эффективности полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей энергии. Согласно Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан в вопросах создания эффективных механизмов развития научно-исследовательской и инновационной деятельности, внедрения в практику научных и инновационных достижений уделяется особое внимание, в частности, исследованию повышения эффективности фотоэлектрического преобразования энергии в структурах на кремниевой основе.
Данное диссертационное исследование в определённой степени служит выполнению задач, определённых в Постановлении Президента Республики Узбекистан № ПФ-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Указе № УП-2772 от 13 февраля 2017 года «О приоритетных направлениях развития электротехнической промышленности в 2017-2021 годы» и Указе №УП-2789 от 17 февраля 2017 года «О мерах по дальнейшему совершенствованию организации, руководства и финансирования деятельности и научно-исследовательской работы Академии наук», а также других нормативноправовых актах, касающихся данной деятельности.
Целью исследования является разработка физических механизмов и новых технических решений для повышения эффективности преобразования фотоэлектрической энергии в структурах на кремниевой основе, определение свойств перспективных широкозонных и экологически чистых структур.
Научная новизна исследования:
разработана новая эффективная конструкция фотоэлектрического модуля, состоящего из фотопреобразователей с вертикальным р-п-переходом. Существенно улучшены фотоэлектрические свойства модуля и обосновано почти трёхкратное повышение экономической эффективности;
научно обосновано повышение фотоэлектрической эффективности двусторонне чувствительного фотопреобразователя путем уравнивания плотности потока света, падающего на фронтальную и заднюю поверхностей, при помощи ассимметричных светоотражателей, и создана новая конструкция фотоэлектрического модуля;
установлено возможность повышения эффективности получения фотоэлектрической энергии путём формирования наноразмерных структур в эмиттерном слое кремниевых фотопреобразователей;
разработана технология получения гетероструктур CuiZnSnfS/.xSe^ySi для создания перспективных фотопреобразователей, определены электрофизические и фотоэлектрические параметры полученных гетероструктур.
Выводы
В результате исследования возможности повышения эффективности фотоэлектрического преобразования энергии в структурах на кремниевой основе, получения новых эффективных фотоэлектрических конструкций, перспективных широкозонных и экологически чистых гетероструктур сформулированы следующие выводы:
1. Предложен механизм эффективного собирания фотогенерированных носителей заряда в объеме кремния за счет нанесения сплошных омических контактов на р- и п- слоях прозрачного в инфракрасной области излучения фотопреобразователя с вертикальным п-р-переходом, обеспечивающих условий минимальной поверхностной и объемной рекомбинации носителей заряда и высокой фоточувствительности в широком оптическом спектре солнечного излучения.
2. Разработана конструкция и обоснована возможность создания двух и трехстронно-чувствительных фотоэлектрических модулей с улучшенными показателями за счет до 3 кратного снижения расхода дорогостоящего кремния за единицу вырабатываемой фотоэлектрической энергии (Получен патент РУз на изобретение № IAP 04720/
3. Предложена новая конструкция высоковольтного фотоэлектрического модуля, основанного на применении двусторонне чувствительных солнечных элементов, прозрачных в ИК-области (Патент на полезную модель № FAP 01021, 02.06.2015 г.).
4. Предложен новый способ формирования металлических наночастиц, равномерно распределенных на поверхности кремния, позволяющих реализовать квантово-размерных эффектов.
5. Научно обоснована и экспериментально установлена возможность повышения в 1,5 раза эффективность фотоэлектрического преобразования энергии путём формирования наноразмерных структур в эмиттерном слое кремниевого фотопреобразователя с диффузионным р-л-переходом.
6. Впервые получены анизотипные гетероструктуры p-Cu;ZnSn(Si. xSe^/n-Si путем сульфиризации и селенизации базовых металлических слоев, предварительно осажденных на кремниевой подложке.
7. Изучены электрические свойства анизотипных гетеропереходов р-CujZnSnfSi-xSeJj/n-Si. На основе анализа ВАХ установлены доминирующие механизмы переноса заряда: при прямых напряжениях (3kT/e < V < 0,7 эВ) преобладают туннельно-рекомбинационные процессы с участием дефектных состояний на границе раздела гетероперехода, при увеличении напряжения (V > 0,8 В) доминирует туннельный механизм Ньюмена. Обратные токи через исследуемые гетеропереходы анализировались в рамках туннельного механизма токопереноса.
8. Предложена модель энергетической зонной диаграммы гетероструктур p-Ci^ZnSnfSi-xSeJj/n-Si. Показано, что полученные структуры с шириной запрещенной зоны 1,1-И,5 эВ и фотопроводимостью 5,5*10-4 эВ/К могут быть использованы в качестве базового материала для эффективного преобразования солнечной энергии в более широком диапазоне волн оптического спектра.
9. С целю осуществления теоретических расчётов и интерпретации результатов созданы имеющие научное и образовательное значение программные продукты для ЭВМ: «Виртуальные опыты по физике -Фотоэлектрический модуль» (Свидетельство № DGU 03540, 2016 г.) и «Виртуальные опыты по физике - Наноплазмоника в фотовольтанике» (Свидетельство № DGU 03861, 2016 г.).