Els investigadors van liderar un esforç de col·laboració internacional per identificar i quantificar l'impacte dels microbis com una amenaça potencial poc apreciada per a la producció d'energia solar al desert (no-polar) més sec del món. Els resultats recents mostren una disminució global de fins a un 30,66% del corrent de curt-circuit sota la influència dels microorganismes que formen el biofilm-trobats colonitzant les superfícies dels panells fotovoltaics al desert d'Atacama. Això implica que les instal·lacions solars poden estar reduint el seu rendiment energètic esperat en gairebé un-terç perquè han reduït el seu rendiment actual als punts de curt-circuits.
L'avaluació de les contribucions microbianes a la "brutació" dels panells solars i el seu efecte posterior sobre el rendiment energètic a través de la disminució de l'eficiència operativa (tal com es discuteix a "Contribució microbiana a la brutícia i el seu impacte en la brutícia del mòdul fotovoltaic en entorns extrems a les regions àrides del desert d'Atacama") és el primer estudi d'aquest tipus per avaluar l'impacte de l'adhesió i la persistència de les comunitats microbianes en l'adhesió solar. panells en entorns extrems.
De la pols inorgànica a les crostes vives
La comprensió convencional de la brutícia dels panells solars s'ha centrat durant molt de temps en l'acumulació de partícules de pols mineral inorgànica. Tanmateix, aquest estudi canvia el paradigma demostrant que la vida microbiana -, en particular, els bacteris dels gèneresArthrobacter, Dietzia, iKocuria- colonitzen activament les superfícies dels panells i produeixen biofilms robusts que alteren dràsticament les propietats dels dipòsits de pols.
Aquests microorganismes produeixen substàncies polimèriques extracel·lulars, o EPS -, una matriu enganxosa composta d'aproximadament un 65% de polisacàrids, un 25% de pèptids i un 10% de lípids. Durant un període de creixement de 72-hores, els investigadors van observar que el gruix de l'EPS es va expandir de 0,2 a 0,8 micròmetres. Sota la microscòpia electrònica d'escaneig d'emissions de camp-, aquests biofilms apareixen com a xarxes denses i tridimensionals que encapsulen tant cèl·lules microbianes com partícules minerals, cimentant eficaçment les capes de pols a les superfícies dels panells i fent-les molt més resistents a l'eliminació.
Pigments fotoprotectors que interfereixen amb la captura de llum
En un gir evolutiu sorprenent, l'estudi també va identificar pigments carotenoides - específicament compostos semblants a la luteïna- i xantofil·les relacionades - produïts perDietziasoques. Aquests pigments ajuden els bacteris a sobreviure a la radiació ultraviolada extrema del desert d'Atacama, que assoleix intensitats diàries d'aproximadament 3,5 quilowatts per metre quadrat.
De manera crucial, aquests compostos fotoprotectors absorbeixen la llum a través de rangs espectrals que se superposen amb la finestra de conversió dels mòduls fotovoltaics de silici monocristal·lí. Aquesta superposició suggereix un mecanisme addicional d'interferència òptica, en què els mateixos pigments que ajuden els bacteris a suportar el sol del desert també competeixen amb les cèl·lules solars per als fotons entrants.
Les proves de laboratori revelen pèrdues elèctriques substancials
Per quantificar l'impacte del rendiment dels biofilms microbians, els investigadors van realitzar proves de colonització accelerades en mostres de vidre fotovoltaic en condicions controlades de laboratori. Els resultats van ser sorprenents: després de només set dies de desenvolupament de biofilm, les mostres de la Universitat d'Antofagasta van mostrar pèrdues de corrent de curt-circuits que van del 15,20% al 30,66%. Les mostres de la plataforma solar del desert d'Atacama van mostrar pèrdues entre l'11,01 i el 20,12 per cent.
Tanmateix, l'autor corresponent de l'estudi, Aitor Marzo, de la Universitat de Granada, va tenir cura de contextualitzar aquestes xifres. "Aquestes proves es van dissenyar com a experiments accelerats per reproduir les etapes inicials d'adhesió i consolidació del biofilm en un període de temps limitat de laboratori", va explicar. "Les pèrdues màximes observades representen un límit superior de l'impacte biològic i no s'han d'interpretar directament com a valors de camp típics". En condicions del món real-, va assenyalar Marzo, la colonització es produeix de manera més gradual i està influenciada per factors ambientals com la irradiació, la humitat, la deposició de pols i la disponibilitat de nutrients.
Un repte per als protocols de neteja convencionals
Potser encara més preocupant que les pèrdues de rendiment immediates és el descobriment que els mètodes de neteja convencionals poden ser ineficaços contra els biofilms madurs. L'estudi va trobar que l'augment de la deposició d'EPS millora la cohesió dins de l'estructura del biofilm, reduint l'eficàcia de les tècniques de neteja estàndard com el raspallat sec i l'esbandida amb aigua.
"Els microorganismes no són un component passiu de la brutícia, sinó agents actius que contribueixen a la consolidació de dipòsits, redueixen la transmitància òptica i disminueixen l'eficàcia dels mètodes de neteja convencionals", van escriure els autors.
L'expansió solar global amplifica el problema
Les troballes arriben en un moment crític per a la indústria solar global. Segons l'Agència Internacional de l'Energia, s'espera que la generació d'electricitat renovable augmenti aproximadament 1.050 terawatt-hora l'any fins al 2030, i la solar fotovoltaica representarà més de 600 terawatt-hora d'aquest creixement cada any. Només el 2025, el creixement de la generació d'electricitat mundial a partir de la energia solar fotovoltaica va assolir un rècord de 620 terawatts-hora, el major augment-interanual-mai registrat.
Gran part d'aquesta expansió s'està produint a les regions d'alta-irradiació, inclosos els deserts del món. El desert d'Atacama, on es va dur a terme aquest estudi, rep aproximadament 6.800 hores d'irradiació solar equivalent a l'any, cosa que el converteix en un dels llocs més prometedors per al desenvolupament d'energia solar arreu de la Terra -, però també un dels més difícils pel que fa al manteniment de panells.
Recerca futura i solucions potencials
L'equip d'investigació va destacar que les seves troballes subratllen la necessitat urgent d'incorporar factors biològics als models de predicció de la brutícia i a les estratègies de mitigació del sistema fotovoltaic per a les regions àrides. "El nostre treball mostra que les comunitats microbianes aïllades dels mòduls fotovoltaics al desert d'Atacama presenten una alta tolerància a la dessecació i una irradiació extrema", va dir Marzo.revista pv.
Al mateix temps, el pigmentatDietziaLes soques identificades a l'estudi poden obrir vies inesperades per a la innovació tecnològica. "Aquests pigments presenten aplicacions biotecnològiques potencials en recobriments i tecnologies d'auto-neteja", van assenyalar els autors, i suggereixen que els mateixos organismes que causen el problema també podrien informar el desenvolupament de la seva solució.
Els esforços de la indústria ja estan en marxa per abordar la brutícia microbiana mitjançant materials avançats. L'empresa de nanotecnologia australiana Nanoveu, per exemple, ha desenvolupat un recobriment nano-netejador hidròfil dissenyat per inhibir la formació de biofilm i el creixement d'algues als panells solars, mentre que altres grups de recerca estan explorant recobriments superhidrofòbics que poden proporcionar propietats d'auto-neteja i transparència òptica.
L'estudi va ser realitzat per investigadors de la Universitat de Granada a Espanya i la Universitat d'Atacama a Xile, amb les troballes disponibles al número de juliol de 2025 deSistemes Sostenibles Avançats.
