Истраживања откривају да микробни биофилмови могу отимати соларне панеле до 30% производње у сушним регионима

Истраживачи су предводили међународне заједничке напоре да идентификују и квантификују утицај микроба као потцењену потенцијалну претњу за производњу соларне енергије у најсувљој (не-поларној) пустињи на свету. Недавни резултати показују укупно смањење до 30,66% струје кратког споја-под утицајем микроорганизама који формирају биофилм-који колонизују површине фотонапонских панела у пустињи Атакама. Ово има импликације да соларне инсталације можда смањују свој очекивани принос енергије за скоро једну-трећину јер су смањиле тренутни принос у тачкама кратког-споја.

Евалуација микробног доприноса „прљању“ соларног панела и њиховог накнадног утицаја на принос енергије кроз смањену оперативну ефикасност (као што је објашњено у „Микробни допринос запрљању и његов утицај на запрљаност фотонапонских модула у екстремним окружењима у сушним регионима пустиње Атакама“) је прва студија ове врсте за процену утицаја и комунизма на микроби постојаност премаза од прашине на соларним панелима у екстремним окружењима.

 

Конвенционално схватање запрљања соларних панела дуго се фокусирало на акумулацију неорганских минералних честица прашине. Међутим, ова студија мења парадигму показујући да живот микроба - посебно бактерија из родоваАртхробацтер, Диетзиа, иКоцуриа- активно колонизују површине панела и производе робусне биофилмове који драматично мењају својства наслага прашине.

Ови микроорганизми производе екстрацелуларне полимерне супстанце, или ЕПС - лепљиву матрицу која се састоји од приближно 65 процената полисахарида, 25 процената пептида и 10 процената липида. Током периода раста од 72-сата, истраживачи су приметили да се дебљина ЕПС-а шири од 0,2 до 0,8 микрометара. Под -емисионом скенирајућом електронском микроскопијом, ови биофилми се појављују као густе, тродимензионалне мреже које обухватају и микробне ћелије и минералне честице, ефикасно цементирају слојеве прашине на површинама панела и чине их далеко отпорнијим на уклањање.

У запањујућем еволуционом обрту, студија је такође идентификовала каротеноидне пигменте - посебно лутеин-попут једињења и сродне ксантофиле - које производиДиетзиасојева. Ови пигменти помажу бактеријама да преживе екстремно ултраљубичасто зрачење пустиње Атакама, које достиже дневне интензитете од приближно 3,5 киловата по квадратном метру.

Оно што је најважније, ова фотозаштитна једињења апсорбују светлост у спектралним опсезима који се преклапају са прозором конверзије монокристалних силицијумских фотонапонских модула. Ово преклапање сугерише додатни механизам оптичке интерференције, при чему се сами пигменти који помажу бактеријама да издрже пустињско сунце такође такмиче са соларним ћелијама за долазне фотоне.

Да би квантификовали утицај микробних биофилма на перформансе, истраживачи су спровели убрзане тестове колонизације на узорцима фотонапонског стакла у контролисаним лабораторијским условима. Резултати су били запањујући: након само седам дана развоја биофилма, узорци са Универзитета Антофагаста показали су губитке струје кратког{1}}споја у распону од 15,20 до 30,66 процената. Узорци са соларне платформе пустиње Атацама показали су губитке између 11,01 посто и 20,12 посто.

Међутим, аутор студије, Аитор Марзо са Универзитета у Гранади, био је пажљив да контекстуализује ове бројке. "Ови тестови су дизајнирани као убрзани експерименти за репродукцију почетних фаза адхезије и консолидације биофилма у ограниченом лабораторијском временском оквиру", објаснио је он. "Максимални уочени губици представљају горњу границу биолошког утицаја и не треба их директно тумачити као типичне вредности на терену." У стварним-светским условима, приметио је Марзо, колонизација се одвија постепено и на њу утичу фактори животне средине као што су зрачење, влажност, таложење прашине и доступност хранљивих материја.

Можда још више забрињава од непосредних губитака перформанси откриће да конвенционалне методе чишћења могу бити неефикасне против зрелих биофилмова. Студија је открила да повећано таложење ЕПС-а побољшава кохезију унутар структуре биофилма, смањујући ефикасност стандардних техника чишћења као што су суво четкање и испирање водом.

„Микроорганизми нису пасивна компонента запрљања, већ активна средства која доприносе консолидацији наслага, смањују оптичку пропусност и смањују ефикасност конвенционалних метода чишћења“, написали су аутори.

Налази долазе у критичном тренутку за глобалну соларну индустрију. Према Међународној агенцији за енергију, очекује се да ће производња електричне енергије из обновљивих извора порасти за отприлике 1.050 терават-сати годишње до 2030. године, а соларна фотонапонска енергија представља више од 600 терават-сати тог раста сваке године. Само у 2025., раст глобалне производње електричне енергије из соларних фотонапонских уређаја достигао је рекордних 620 терават{{10}сати, што је највеће годишње-у{12}}годишње повећање икада забележено.

Велики део ове експанзије се дешава у регионима са{0}}и радијацијом, укључујући светске пустиње. Пустиња Атакама, где је спроведена ова студија, прима приближно 6.800 сати еквивалентног сунчевог зрачења годишње, што је чини једном од најперспективнијих локација за развој соларне енергије било где на Земљи -, али и једном од најизазовнијих у смислу одржавања панела.

Истраживачки тим је нагласио да њихови налази наглашавају хитну потребу да се биолошки фактори инкорпорирају у моделе предвиђања запрљања и стратегије ублажавања фотонапонских система за сушне регионе. "Наш рад показује да микробне заједнице изоловане од фотонапонских модула у пустињи Атакама показују високу толеранцију на исушивање и екстремно зрачење", рекао је Марзопв магазин.

Истовремено, пигментираниДиетзиасојеви идентификовани у студији могу отворити неочекиване путеве за технолошке иновације. „Ови пигменти представљају потенцијалну биотехнолошку примену у премазима и-технологијама самочишћења“, приметили су аутори, сугеришући да би сами организми који изазивају проблем такође могли да утичу на развој његовог решења.

Индустријски напори су већ у току да се реши микробно запрљање помоћу напредних материјала. Аустралијска нанотехнолошка компанија Нановеу, на пример, развила је хидрофилни самочишћући нано- премаз дизајниран да инхибира формирање биофилма и раст алги на соларним панелима, док друге истраживачке групе истражују суперхидрофобне премазе који могу да обезбеде и својства-самочишћења и оптичку транспарентност.

Студију су спровели истраживачи са Универзитета у Гранади у Шпанији и Универзитета у Атакама у Чилеу, а налази су доступни у издању часописа из јула 2025.Напредни одрживи системи.