Дослідження показують, що мікробні біоплівки можуть позбавляти сонячних панелей до 30% виробництва в посушливих регіонах

Дослідники очолили міжнародну спільну роботу з виявлення та кількісної оцінки впливу мікробів як недооціненої потенційної загрози для виробництва сонячної енергії в найсухішій (-неполярній) пустелі світу. Останні результати показують загальне зниження до 30,66% струму короткого-замикання під впливом мікроорганізмів,-утворюючих біоплівки, які колонізують поверхні фотоелектричних панелей у пустелі Атакама. Це означає, що сонячні установки можуть зменшити очікувану видачу енергії майже на одну-третину, оскільки вони зменшили свою поточну видачу в точках-короткого замикання.

Оцінка впливу мікробів на «забруднення» сонячних панелей та їх подальшого впливу на вихід енергії через зниження ефективності роботи (як обговорюється в «Внесок мікробів у забруднення та його вплив на забруднення фотоелектричних модулів у екстремальних середовищах у посушливих регіонах пустелі Атакама») є першим дослідженням такого роду для оцінки впливу мікробних спільнот на адгезію та стійкість пилові покриття на сонячних батареях в екстремальних умовах.

 

Традиційне розуміння забруднення сонячних панелей протягом тривалого часу зосереджувалося на накопиченні частинок неорганічного мінерального пилу. Однак це дослідження змінює парадигму, демонструючи, що мікробне життя - особливо бактерій з родівАртробактер, Дієція, іКокурія- активно колонізують поверхні панелей і створюють міцні біоплівки, які різко змінюють властивості відкладень пилу.

Ці мікроорганізми виробляють позаклітинні полімерні речовини, або EPS - липку матрицю, що складається приблизно з 65 відсотків полісахаридів, 25 відсотків пептидів і 10 відсотків ліпідів. Протягом 72-годинного періоду росту дослідники спостерігали збільшення товщини EPS з 0,2 до 0,8 мікрометра. Під -електронною скануючою мікроскопією з польовою емісією ці біоплівки виглядають як щільні тривимірні мережі, які інкапсулюють як мікробні клітини, так і мінеральні частинки, ефективно цементуючи шари пилу на поверхні панелей і роблячи їх набагато стійкішими до видалення.

У вражаючому еволюційному повороті дослідження також виявило каротиноїдні пігменти - зокрема лютеїноподібні-сполуки та споріднені ксантофіли -, що виробляютьсяДієціяштами. Ці пігменти допомагають бактеріям вижити під дією екстремального ультрафіолетового випромінювання пустелі Атакама, яке досягає щоденної інтенсивності приблизно 3,5 кіловат на квадратний метр.

Важливо те, що ці фотозахисні сполуки поглинають світло в спектральних діапазонах, які перекриваються з вікном перетворення монокристалічних кремнієвих фотоелектричних модулів. Це накладення свідчить про додатковий механізм оптичної інтерференції, в якому самі пігменти, які допомагають бактеріям витримувати сонце пустелі, також конкурують із сонячними елементами за вхідні фотони.

Щоб кількісно оцінити вплив мікробних біоплівок на продуктивність, дослідники провели прискорені тести на колонізацію зразків фотоелектричного скла в контрольованих лабораторних умовах. Результати були вражаючими: лише після семи днів розвитку біоплівки зразки з Університету Антофагасти показали втрати струму короткого замикання в діапазоні від 15,20% до 30,66%. Зразки сонячної платформи в пустелі Атакама показали втрати від 11,01% до 20,12%.

Проте відповідний автор дослідження Айтор Марзо з Університету Гранади був обережним, щоб контекстуалізувати ці цифри. «Ці випробування були розроблені як прискорені експерименти для відтворення початкових етапів адгезії та консолідації біоплівки протягом обмеженого лабораторного періоду часу», — пояснив він. «Максимальні спостережувані втрати являють собою верхню межу біологічного впливу і не повинні прямо інтерпретуватися як типові польові значення». У реальних -умовах, зазначив Марцо, колонізація відбувається більш поступово і на неї впливають фактори навколишнього середовища, такі як освітленість, вологість, відкладення пилу та доступність поживних речовин.

Можливо, ще більше занепокоєння, ніж миттєва втрата продуктивності, викликає відкриття того, що звичайні методи очищення можуть бути неефективними проти зрілих біоплівок. Дослідження показало, що підвищене осадження EPS покращує когезію всередині структури біоплівки, знижуючи ефективність стандартних методів очищення, таких як сухе чищення щіткою та промивання водою.

«Мікроорганізми є не пасивним компонентом забруднення, а активними агентами, які сприяють консолідації відкладень, зменшують оптичне пропускання та знижують ефективність звичайних методів очищення», — пишуть автори.

Висновки зроблені в критичний момент для глобальної сонячної промисловості. За даними Міжнародного енергетичного агентства, очікується, що до 2030 року виробництво електроенергії з відновлюваних джерел зросте приблизно на 1050 терават-годин на рік, причому на сонячні фотоелектричні установки припадає понад 600 терават-годин цього зростання щороку. Лише у 2025 році зростання світового виробництва електроенергії за допомогою сонячних фотоелектричних пристроїв досягло рекордних 620 терават{10}}годин, що є найбільшим-за-річним зростанням за всю історію.

Значна частина цього розширення відбувається в регіонах із високим-опроміненням, зокрема в пустелях світу. Пустеля Атакама, де було проведено це дослідження, отримує приблизно 6800 годин еквівалентного сонячного опромінення щорічно, що робить її одним із найперспективніших місць для розвитку сонячної енергії будь-де на Землі -, але також одним із найскладніших з точки зору обслуговування панелей.

Дослідницька група підкреслила, що їхні висновки підкреслюють нагальну потребу включити біологічні фактори в моделі прогнозування забруднення та стратегії пом’якшення впливу фотоелектричних систем для посушливих регіонів. «Наша робота показує, що мікробні спільноти, ізольовані від фотоелектричних модулів у пустелі Атакама, демонструють високу толерантність до висихання та екстремального опромінення», — сказав Марзо.pv журнал.

У той же час пігментованийДієціяштами, визначені в дослідженні, можуть відкрити несподівані шляхи для технологічних інновацій. «Ці пігменти є потенційними біотехнологічними застосуваннями в покриттях і технологіях само{1}}самоочищення», — зазначають автори, припускаючи, що самі організми, які спричиняють проблему, також можуть сприяти розробці її вирішення.

Промисловість уже докладає зусиль для боротьби з мікробним забрудненням за допомогою сучасних матеріалів. Австралійська нанотехнологічна компанія Nanoveu, наприклад, розробила гідрофільне само{1}}нано-покриття, призначене для запобігання утворенню біоплівки та росту водоростей на сонячних батареях, тоді як інші дослідницькі групи досліджують супергідрофобні покриття, які могли б забезпечити властивості само-самоочищення та оптичну прозорість.

Дослідження було проведено вченими з Університету Гранади в Іспанії та Університету Атакама в Чилі, результати якого опубліковано в липневому випуску журналу за 2025 рік.Передові стійкі системи.