Forskning avslører mikrobielle biofilmer kan stjele solcellepaneler på opptil 30 % av produksjonen i tørre områder

Forskere ledet et internasjonalt samarbeid for å identifisere og kvantifisere virkningen av mikrober som en undervurdert potensiell trussel mot solenergiproduksjonen i verdens tørreste (ikke{0}}polare) ørken. Nylige resultater viser en total reduksjon på opptil 30,66 % i kortslutningsstrøm under påvirkning av biofilmen-dannende mikroorganismer funnet koloniserende solcellepaneloverflater i Atacama-ørkenen. Dette har implikasjoner at solcelleinstallasjoner kan redusere forventet energiutbytte med nesten en-tredjedel fordi de har redusert dagens utbytte ved kortslutningspunkter.

Evaluering av mikrobielle bidrag til "tilsmussing" av solcellepaneler og deres påfølgende effekt på energiutbytte gjennom redusert driftseffektivitet (som diskutert i "Microbial Contribution to Soiling and Its Impact On Photovoltaic Module Soiling Within Extreme Environments in Arid Regions of the Atacama-ørkenen") er den første undersøkelsen av samfunnene av denne typen på perssjon av mikroorganismer og samfunn for å vurdere samfunnenes innvirkning på persisjonen. belegg på solcellepaneler i ekstreme miljøer.

 

Konvensjonell forståelse av solcellepaneltilsmussing har lenge fokusert på akkumulering av uorganiske mineralstøvpartikler. Denne studien endrer imidlertid paradigmet ved å demonstrere at mikrobielt liv - spesielt bakterier fra slekteneArthrobacter, Dietzia, ogKocuria- koloniserer paneloverflater aktivt og produserer robuste biofilmer som dramatisk endrer egenskapene til støvavsetninger.

Disse mikroorganismene produserer ekstracellulære polymere stoffer, eller EPS - en klebrig matrise som består av omtrent 65 prosent polysakkarider, 25 prosent peptider og 10 prosent lipider. I løpet av en 72- vekstperiode observerte forskere at EPS-tykkelsen utvidet seg fra 0,2 til 0,8 mikrometer. Under felt{10}}emisjonsskannende elektronmikroskopi fremstår disse biofilmene som tette, tredimensjonale nettverk som innkapsler både mikrobielle celler og mineralpartikler, som effektivt sementerer støvlag på paneloverflater og gjør dem langt mer motstandsdyktige mot fjerning.

I en slående evolusjonær vri identifiserte studien også karotenoidpigmenter - spesifikt lutein-lignende forbindelser og relaterte xantofyller - produsert avDietziastammer. Disse pigmentene hjelper bakteriene med å overleve Atacama-ørkenens ekstreme ultrafiolette stråling, som når daglige intensiteter på omtrent 3,5 kilowatt per kvadratmeter.

Det er avgjørende at disse fotobeskyttende forbindelsene absorberer lys over spektralområder som overlapper konverteringsvinduet til monokrystallinske fotovoltaiske silisiummoduler. Denne overlappingen antyder en ekstra mekanisme for optisk interferens, der selve pigmentene som hjelper bakterier å tåle ørkensolen også konkurrerer med solceller om innkommende fotoner.

For å kvantifisere ytelseseffekten av mikrobielle biofilmer, utførte forskerne akselererte koloniseringstester på fotovoltaiske glassprøver under kontrollerte laboratorieforhold. Resultatene var slående: etter bare syv dager med biofilmutvikling viste prøver fra University of Antofagasta kortslutningsstrømtap fra 15,20 prosent til 30,66 prosent. Prøver fra Atacama Desert Solar Platform viste tap mellom 11,01 prosent og 20,12 prosent.

Studiens tilsvarende forfatter, Aitor Marzo fra Universitetet i Granada, var imidlertid nøye med å kontekstualisere disse tallene. "Disse testene ble designet som akselererte eksperimenter for å reprodusere de innledende stadiene av biofilmadhesjon og konsolidering innen en begrenset laboratorietidsramme," forklarte han. "De maksimale tapene som er observert representerer en øvre grense for biologisk påvirkning og bør ikke tolkes direkte som typiske feltverdier." Under virkelige-forhold, bemerket Marzo, skjer kolonisering mer gradvis og påvirkes av miljøfaktorer som innstråling, fuktighet, støvavsetning og tilgjengelighet av næringsstoffer.

Kanskje enda mer bekymringsfullt enn det umiddelbare ytelsestapet er oppdagelsen av at konvensjonelle rengjøringsmetoder kan være ineffektive mot modne biofilmer. Studien fant at økt EPS-avsetning forbedrer kohesjonen i biofilmstrukturen, og reduserer effektiviteten til standard rengjøringsteknikker som tørrbørsting og vannskylling.

"Mikroorganismer er ikke en passiv komponent av tilsmussing, men aktive midler som bidrar til avsetningskonsolidering, reduserer optisk transmittans og reduserer effektiviteten til konvensjonelle rengjøringsmetoder," skrev forfatterne.

Funnene kommer på et kritisk tidspunkt for den globale solenergiindustrien. Ifølge Det internasjonale energibyrået forventes fornybar elektrisitetsproduksjon å øke med omtrent 1050 terawatt-timer årlig frem til 2030, med solcelleanlegg som står for mer enn 600 terawatttimer- av denne veksten hvert år. Bare i 2025 nådde veksten i global elektrisitetsproduksjon fra solcelleanlegg rekord på 620 terawattimer, den største økningen fra år til- noensinne.

Mye av denne utvidelsen skjer i områder med høy-bestråling, inkludert verdens ørkener. Atacama-ørkenen, hvor denne studien ble utført, mottar omtrent 6800 timer tilsvarende solinnstråling årlig, noe som gjør den til en av de mest lovende stedene for solenergiutvikling hvor som helst på jorden -, men også en av de mest utfordrende når det gjelder vedlikehold av paneler.

Forskerteamet understreket at funnene deres understreker det presserende behovet for å inkorporere biologiske faktorer i smussprediksjonsmodeller og fotovoltaiske systemavbøtende strategier for tørre områder. "Vårt arbeid viser at mikrobielle samfunn isolert fra fotovoltaiske moduler i Atacama-ørkenen viser en høy toleranse for uttørking og ekstrem stråling," sa Marzopv magasin.

Samtidig er det pigmenterteDietziastammer identifisert i studien kan åpne uventede veier for teknologisk innovasjon. "Disse pigmentene presenterer potensielle bioteknologiske anvendelser i belegg og selvrensende teknologier," bemerket forfatterne, og antydet at selve organismene som forårsaker problemet også kan være med på å utvikle løsningen.

Bransjearbeid er allerede i gang for å adressere mikrobiell tilsmussing gjennom avanserte materialer. Det australske nanoteknologiselskapet Nanoveu har for eksempel utviklet et hydrofilt selvrensende nano-belegg designet for å hemme biofilmdannelse og algevekst på solcellepaneler, mens andre forskningsgrupper utforsker superhydrofobe belegg som kan gi både selv-rensende egenskaper og optisk gjennomsiktighet.

Studien ble utført av forskere fra University of Granada i Spania og University of Atacama i Chile, med funn tilgjengelig i juli 2025-utgaven avAvanserte bærekraftige systemer.