研究者らは、世界で最も乾燥した（非極地）砂漠における太陽エネルギー生産に対する過小評価されている潜在的な脅威として微生物の影響を特定し、定量化するための国際的な共同作業を主導しました。-最近の結果では、アタカマ砂漠の太陽光発電パネルの表面に定着しているバイオフィルム形成微生物の影響により、短絡電流が全体で最大 30.66% 減少することが示されています。{{3}これは、太陽光発電設備が短絡点での現在の発電量を低下させたため、期待される発電量を 3 分の 1 近く減少させている可能性があることを意味します。-
ソーラーパネルの「汚れ」に対する微生物の寄与と、その後の運用効率の低下によるエネルギー収量への影響の評価（「アタカマ砂漠の乾燥地域における極限環境における汚れへの微生物の寄与と太陽電池モジュールの汚れへの影響」で説明）は、極限環境におけるソーラーパネルのダストコーティングの付着と持続性に対する微生物群集の影響を評価するこの種の研究としては初めてである。
無機粉塵から生きた殻まで
ソーラーパネルの汚れに関する従来の理解は、長い間、無機鉱物粉塵粒子の蓄積に焦点を当ててきました。しかし、この研究は、微生物の生命、-、特に以下の属の細菌が存在することを実証することで、パラダイムを転換しました。アースロバクター, ディーツィア、 そしてコクリア- はパネル表面に活発に定着し、粉塵堆積物の特性を劇的に変化させる強力なバイオフィルムを生成します。
これらの微生物は、約 65 パーセントの多糖類、25 パーセントのペプチド、および 10 パーセントの脂質で構成される粘着性マトリックスである細胞外ポリマー物質、つまり EPS - を生成します。 72-時間の成長期間にわたって、研究者らは EPS の厚さが 0.2 マイクロメートルから 0.8 マイクロメートルに拡大することを観察しました。電界放射型走査型電子顕微鏡下では、これらのバイオフィルムは、微生物細胞と鉱物粒子の両方をカプセル化した高密度の三次元ネットワークとして見え、パネル表面に塵の層を効果的に固めて、塵の除去に対する耐性を大幅に高めます。
光の捕捉を妨げる光保護顔料
驚くべき進化の展開として、この研究ではカロテノイド色素-、特にルテイン-様の化合物と関連するキサントフィル-も特定しました。ディーツィアひずみ。これらの色素は、1 日当たりの強度が 1 平方メートルあたり約 3.5 キロワットに達するアタカマ砂漠の極端な紫外線から細菌が生き残るのに役立ちます。
重要なことは、これらの光保護化合物は、単結晶シリコン太陽光発電モジュールの変換窓と重なるスペクトル範囲にわたる光を吸収することです。この重複は、バクテリアが砂漠の太陽に耐えるのを助けるまさに色素が、入ってくる光子を求めて太陽電池と競合する、光干渉のさらなるメカニズムを示唆している。
臨床検査で大幅な電気損失が判明
微生物バイオフィルムの性能への影響を定量化するために、研究者らは制御された実験室条件下で太陽光発電用ガラスサンプルに対して定着促進試験を実施しました。結果は驚くべきものでした。バイオフィルムの発生からわずか 7 日後に、アントファガスタ大学のサンプルでは 15.20% から 30.66% の範囲の短絡電流損失が示されました。-アタカマ砂漠太陽光発電プラットフォームからのサンプルでは、11.01 パーセントから 20.12 パーセントの損失が見られました。
しかし、この研究の責任著者であるグラナダ大学のアイトール・マルツォ氏は、これらの数字を慎重に文脈化した。 「これらの試験は、実験室の限られた時間枠内でバイオフィルムの接着と固化の初期段階を再現するための加速実験として設計されました」と彼は説明した。 「観察された最大損失は生物学的影響の上限を表しており、典型的な現場の値として直接解釈すべきではありません。」現実世界の条件下では、定着はよりゆっくりと起こり、日射量、湿度、粉塵の堆積、栄養素の利用可能性などの環境要因に影響される、とマルゾ氏は述べました。
従来の洗浄プロトコルに対する課題
おそらく、当面のパフォーマンスの低下よりもさらに懸念されるのは、従来の洗浄方法が成熟したバイオフィルムに対して効果がない可能性があるという発見である。この研究では、EPS の堆積が増加するとバイオフィルム構造内の凝集が強化され、ドライブラシや水ですすぐなどの標準的な洗浄技術の有効性が低下することがわかりました。
「微生物は汚れの受動的な構成要素ではなく、堆積物の強化に寄与し、光透過率を低下させ、従来の洗浄方法の有効性を低下させる活性物質である」と著者らは書いている。
太陽光発電の世界的な拡大により問題が拡大
この研究結果は、世界の太陽光発電産業にとって重大な岐路に立っている。国際エネルギー機関によると、再生可能電力の発電量は 2030 年まで年間約 1,050 テラワット時{3}}増加すると予想されており、その増加のうち毎年 600 テラワット時以上を太陽光発電が占めています。-} 2025 年だけでも、太陽光発電による世界の発電量の増加は記録的な 620 テラワット時-に達し、これまでに記録された前年比最大の増加となりました。--}
この拡大の多くは、世界の砂漠を含む放射線量の高い地域で発生しています。{0}この研究が実施されたアタカマ砂漠は、年間約 6,800 時間相当の太陽放射を受けており、地球上のどこでも太陽エネルギー開発に最も有望な場所の 1 つである - が、パネルのメンテナンスの点で最も困難な場所の 1 つでもあります。
今後の研究と潜在的な解決策
研究チームは、彼らの発見は、乾燥地域における汚れ予測モデルと太陽光発電システムの軽減戦略に生物学的要因を組み込む緊急の必要性を浮き彫りにしていると強調した。 「私たちの研究は、アタカマ砂漠の太陽光発電モジュールから隔離された微生物群集が、乾燥と極端な放射に対して高い耐性を示していることを示しています」とマルツォ氏は語った。PV雑誌.
同時に色素沈着したディーツィア研究で特定された菌株は、技術革新への予期せぬ道を開く可能性があります。 「これらの顔料は、コーティングやセルフクリーニング技術におけるバイオテクノロジーの応用の可能性を示しています」と著者らは述べており、問題の原因となっている微生物そのものが解決策の開発に情報を提供する可能性があることを示唆しています。-
業界では、先進的な材料を通じて微生物による汚れに対処する取り組みがすでに始まっています。たとえば、オーストラリアのナノテクノロジー企業 Nanoveu は、ソーラー パネル上のバイオ フィルムの形成と藻類の成長を抑制するように設計された親水性セルフクリーニング ナノ{{2} コーティングを開発しました。一方、他の研究グループは、セルフ クリーニング特性と光学的透明性の両方を提供できる超疎水性コーティングを研究しています。-
この研究は、スペインのグラナダ大学とチリのアタカマ大学の研究者によって実施され、その結果は雑誌の2025年7月号で入手可能です。先進的な持続可能なシステム.
