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Solarstromanlagen Biofilme beeinflussen Solarstromanlagen

| Autor / Redakteur: Das Gespräch führte LP-Chefredakteur Marc Platthaus / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Was geschieht, wenn sich Mikroorganismen auf Solarmodulen niederlassen, erläutert Dr. Steffi Noack-Schönmann im LP-Interview.

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Dr. rer. nat. Steffi Noack-Schönmann
Dr. rer. nat. Steffi Noack-Schönmann
(Bild: BAM)

LABORPRAXIS: Durch Strom aus Solarstromanlagen lassen sich in Deutschland inzwischen mehr als 3,5% des deutschen Stromverbrauchs decken. Frau Dr. Noack-Schönmann, als Wissenschaftlerin der BAM haben Sie herausgefunden, dass so genannte „Biofilme“, die sich auf dem Glas der Solarmodule ansiedeln, die Effizienz von Solaranlagen beeinträchtigen können. Woraus bestehen diese Biofilme?

Dr. Steffi Noack-Schönmann: Sub-aerische Biofilme (SABs), d.h. Biofilme, die an der Grenzfläche Material/Luft wachsen, bestehen aus mikroskopischen Lebewesen, die sich als grüner und schwarzer Aufwuchs auf Oberflächen ausbreiten und ubiquitär, d.h. auch in extremen Klimazonen, wie der Arktis, Antarktis oder auch Wüstenregionen vorkommen. In Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen kann das Erscheinungsbild und die Zusammensetzung der Biofilme variieren. Milde Temperaturen und eine hohe Luftfeuchtigkeit fördern die Ausbildung sehr ausgeprägter Biofilme, die aus einer Vielzahl von Algen, Pilzen, Bakterien und Flechten bestehen. Auf Oberflächen, die extremer Trockenheit, Hitze und intensiver Sonnenstrahlung ausgesetzt sind, ist das Biofilmwachstum entsprechend wesentlich reduzierter. Hier findet man extrem stresstolerante Cyanobakterien und melanisierte Mikrokolonien bildende Pilze (mikrokoloniale schwarze Pilze (MSPs)). Insbesondere die letzteren sind durch eine stressresistente Morphologie wie dicke Zellwände und starke Melanisierung gekennzeichnet. Da MSPs ebenfalls in der Lage sind, mit einem geringen Nährstoffangebot, bestehend aus atmosphärischen Aerosolen, Gasen und Partikeln zu überleben, können sie auf verschiedensten Materialoberflächen unter anderem auch dem Oberflächenglas von PV-Modulen wachsen. Durch die Forschungsgruppe Modellbiofilme in der Materialkunde der BAM wurden bereits verschiedene Solaranlagen in Berlin beprobt. Dabei konnten sowohl mikrokoloniale schwarze Pilze der Gattung Phaeococcomyces als auch coccoide Cyanobakterien vom Oberflächenglas der Anlagen isoliert werden.

LABORPRAXIS: Welche Auswirkungen hat die Besiedlung auf die Solarmodule?

Dr. Noack-Schönmann: Die Funktion von Solaranlagen kann durch Biofilmbewuchs in zweierlei Hinsicht beeinträchtigt werden. Zum Einen besitzen typische SAB-Organismen eine Vielzahl von biogenen Pigmenten, die einen großen Anteil des Lichts absorbieren und streuen, der von Photovoltaikanlagen für die Umwandlung in Energie genutzt wird. Dies wurde durch die Bestimmung der Transmission von Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis 2000 nm durch verschiedene natürliche SABs als auch Modellbiofilme, bestehend aus typischen SAB-Vertretern an der Bundesanstalt für Materialforschung nachgewiesen. Zweitens haben verschiedene wissenschaftliche Arbeiten gezeigt, dass mikrokoloniale schwarze Pilze und Cyanobakterien Glasoberflächen physikalisch und chemisch zerstören. Die Organismen sind in der Lage, die im Glas befindlichen Mineralien herauszulösen und als Nährstoff zu benutzen. Diese biologische Lochfraßkorrosion führt zu einer Transparenzverminderung der Glasoberfläche und somit zu einer Verringerung der Lichttransmission durch das Glas. Sowohl das Schlucken von Licht durch Biofilme als auch die Zerstörung der Glasoberfläche führen zu einer Veränderung des Materials Glas und damit einhergehend zu einer Verminderung der Leistung von PV-Anlagen.

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