Микробные биопленки могут снижать эффективность солнечных модулей до 30 % в засушливых регионах.

Аккумулятор Challenger A12-65

Испанско-чилийская исследовательская группа обнаружила, что микробные биоплёнки в пустыне Атакама могут существенно влиять на загрязнение фотоэлектрических модулей, снижая ток короткого замыкания примерно на 30 % в ускоренных лабораторных условиях. Исследование показало, что микроорганизмы являются активными участниками процесса загрязнения фотоэлектрических модулей, и предполагает, что они могут влиять на оптические потери, эффективность очистки и будущие стратегии по предотвращению загрязнения в засушливых регионах с высокой солнечной активностью.

Изображенные с помощью FE-SEM биопленки, образуемые микробиотой на поверхностях из фотоэлектрического стекла из загрязненных образцов

Испанско-чилийская исследовательская группа изучила роль микроорганизмов в загрязнении фотоэлектрических поверхностей в пустыне Атакама и выяснила, что микробные биоплёнки могут существенно влиять на производительность солнечных модулей.

«Наша работа показывает, что микробные сообщества, выделенные из фотоэлектрических модулей в пустыне Атакама, обладают высокой устойчивостью к высыханию и экстремальному излучению, — рассказал автор исследования Айтор Марсо. — Кроме того, они образуют биоплёнки и выделяют внеклеточные полимерные вещества (ВПС) — матрицу, состоящую из полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот и липидов, которая способствует адгезии клеток, удержанию минеральных частиц и образованию корки на поверхности». Снимки, полученные с помощью просвечивающей электронной микроскопии, подтвердили наличие плотных трехмерных матриц, в которых заключены клетки и минеральные частицы.

Исследователи также обнаружили каротиноиды в штаммах рода Dietzia со спектральными характеристиками, соответствующими лютеиноподобным соединениям или родственным ксантофиллам. По мнению авторов, эти пигменты могут обеспечивать фотозащиту микроорганизмов от экстремального ультрафиолетового (УФ) излучения и частично перекрывают диапазон спектрального преобразования монокристаллических кремниевых фотоэлектрических модулей, что указывает на потенциальный дополнительный механизм оптической интерференции.

Чтобы оценить воздействие электрического тока, исследователи провели ускоренные тесты на образование биопленок на фотоэлектрическом стекле в контролируемых лабораторных условиях. В ходе этих экспериментов было установлено, что через семь дней колонизации потери тока при коротком замыкании составляли от 15,20% до 30,66% в образцах из Университета Антофагасты и от 11,01% до 20,12% в образцах с солнечной платформы в пустыне Атакама, при этом увеличивалась поверхностная биомасса. Было обнаружено, что повышенное осаждение пенополистирола улучшает сцепление внутри биопленки и снижает эффективность обычных методов очистки, таких как сухая чистка щеткой и полоскание, которые могут быть частично неэффективны по отношению к защитной матрице.

Однако авторы подчеркнули, что эти тесты были задуманы как ускоренные эксперименты, призванные воспроизвести начальные стадии адгезии и консолидации биопленок в условиях ограниченного лабораторного времени. Таким образом, наблюдаемые максимальные потери представляют собой верхнюю границу биологического воздействия и не могут служить прямым ориентиром для типичных значений в полевых условиях, где колонизация происходит постепенно и зависит от таких факторов окружающей среды, как освещенность, влажность, оседание пыли и наличие питательных веществ. Тем не менее полученные данные подтверждают, что при высокой освещенности выживают устойчивые таксоны, способные образовывать стойкие слои.

В целом исследование показало, что микроорганизмы — это не пассивный компонент загрязнения, а активные агенты, которые способствуют уплотнению отложений, снижают оптическую прозрачность и эффективность традиционных методов очистки.

Авторы добавили, что полученные результаты указывают на необходимость учитывать биологические факторы в моделях прогнозирования загрязнения и стратегиях защиты фотоэлектрических систем в засушливых регионах. В то же время пигментированные штаммы Dietzia могут найти применение в биотехнологиях, связанных с покрытиями и самоочищающимися технологиями, что открывает новые возможности для будущих исследований.

Результаты исследования представлены в статье «Вклад микроорганизмов в образование почвенного покрова и его влияние на загрязнение фотоэлектрических модулей в засушливых зонах пустыни Атакама», опубликованной в журнале Advanced Sustainable Systems. В исследовательскую группу вошли ученые из Гранадского университета в Испании и Университета Атакамы в Чили.

Атакама стала крупнейшим центром солнечной энергетики в Чили и Латинской Америке. За последнее десятилетие здесь были введены в эксплуатацию десятки крупных солнечных электростанций. Здесь исключительные условия для производства солнечной энергии, и фактически установленная мощность солнечных электростанций в этом регионе составляет более 90% от общей установленной мощности в Чили.