På solgårdar på särskilt dammiga platser i världen, som den arabiska halvön och delar av Indien och Kina, luftföroreningar kostar solenergiindustrin tiotals miljarder dollar årligen. När partiklar sätter sig ur luften på ytorna av solpaneler, de begränsar panelernas potential. Arbetare med tvålborstar kan rensa bort smuts från panelerna, lika mycket som du kanske rengör din vindruta vid en biltvätt. Men på många av dessa områden, vatten är ont om och städning är dyrt, så det finns en avvägning – spendera värdefulla resurser och arbete, eller offra solenergiproduktionen.

Miljöingenjörer i professor Mike Bergins labb försöker ta reda på hur solfarmar bäst kan navigera i den kompromissen, genom att ta fram ett schema enligt vilket solcellsbönder kan städa mest effektivt. Få en bättre förståelse för exakt vad som avsätts på solpaneler, hur det påverkar energiproduktionen och hur dessa effekter varierar beroende på region under året kan hjälpa dem att få det mest effektiva rengöringsschemat, enligt Michael Valerino, en Ph.D. elev i Bergins labb.

Att göra det, ingenjörerna studerar alla typer av bilder av solpaneler. De flesta är tagna med billiga digitala mikroskop som låter dem se hur mycket av ytan som är skymd av damm, fungerar som en billig nedsmutsningssensor. Men de använder också de mer avancerade optiska mikroskopen som finns i Duke Light Microscopy Core Facility och svepelektronmikroskopet, eller SEM, inrymt i Duke's Shared Materials Instrumentation Facility, för att zooma in för en närmare titt på de små bitarna av flottsam och jetsam som glom ihop för att skymma panelerna.

"Vi använder avancerad optisk mikroskopi för storleksanalys, " sa Valerino. "SEM ger oss information om storleken, form och sammansättning av partiklarna, vilket i sin tur ger oss en ganska bra uppfattning om var de kom ifrån – om det är något som ökendamm, eller partiklar från fordonsutsläpp, " sa Valerino. Han använder sedan energidispersiv röntgenspektroskopi för att få mer information om partiklarnas sammansättning, baserat på de elektroner som partiklarna stöter ut när de sprängs med röntgenstrålar.

Valerino sa att att titta på smutsiga ytor med SEM vid olika tidpunkter på året ger gruppen en bättre uppfattning om hur dessa faktorer skapar energiförluster, eftersom faktorer som luftfuktighet kan ändra storleken, form, fördelning och jämn sammansättning av partiklarna på ytan – direkt efter ett lätt regn, till exempel, partiklarna kan bli klibbigare och svårare att ta bort.

Valerino förstorar partiklarna till 2000, 5000 eller till och med 8000 gånger sin verkliga storlek för att få bästa möjliga utseende.