فوائد محطات الطقس ذات الطاقة الشمسية لجمع البيانات البيئية عن بعد

نقل البيانات في الوقت الحقيقي عبر الساتل

ولا توجد محطات حديثة تعمل بالطاقة الشمسية لنظم بيانات معزولة؛ فهي وحدات ذكية في شبكة الإنترنت من الأشياء (IoT). ويمكنها تجهيزها بأجهزة نمطية خلوية (حيث توجد تغطية)، أو أجهزة إرسال ساتلية (إريديوم، أو غلوبستار، أو وحدات من طراز LEO) أو أجهزة لاسلكية بعيدة المدى (LoRa، 900 MHz)، أن تدفع البيانات إلى أجهزة الباحثين غير الضاربة في حالات الطوارئ القريبة.

(د) إن الانتقال في الوقت الحقيقي له قيمة خاصة بالنسبة لنظم الإنذار المبكر، ويمكن لمحطة تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاع مقاوم لإطلاق النار أن ترسل قراءات سريعة للريح ورطوبة مباشرة إلى نماذج السلوكيات المشتعلة، وتُبلغ أوامر الإجلاء، ويمكن لمحطة ساحلية لرصد موجة العواصف أن تحذر السلطات من ارتفاع مستويات المياه بعد مرور ثوان على حدوثها، وقد أدى دمج شبكات المناطق الواسعة المنخفضة القدرة إلى زيادة تكلفة القياس عن بعد حتى بالنسبة لمجموعات الكبيرة من أجهزة الاستشعار المكانية،

دراسات حالات إفرادية وتطبيقات

التنويم الوبائي وتوقعات الفيضانات

وفي المناطق النامية التي تفصل فيها قياسات الأنهار، تُنشئ محطات الطقس ذات الطاقة الشمسية، مقترنة بمجسات مستوى المياه، نظماً للإنذار المبكر تكون فعالة من حيث التكلفة، حيث تُنتج عن هذه الشبكات في حوض غاينغز - برامابوترا، ودلتا ميكونغ، وأجزاء من أفريقيا جنوب الصحراء مئات من المحطات التي تقيس الأمطار، ودرجة الحرارة، والرطوبة، والريح، والمرحلة النهرية.

الزراعة الدقيقة في المناطق غير الزراعية

ويستخدم المزارعون في المناطق النائية من العالم محطات الأشعة الدقيقة التي تعمل بالطاقة الشمسية لتعظيم الري ومكافحة الآفات والحصاد، وهذه المحطات تقيس التبخر، ورطوبة التربة، وبلعة الورق، ومتغيرات الكمائن، ولأنها تدور على ضوء الشمس، يمكن أن توضع في وسط ميدان، وتوفر بيانات عالية المستوى تحسن كثيرا من دقة نموذج المحاصيل.

التنوع البيولوجي وبحوث الحياة البرية

ويستخدم علماء الأحياء الحافظة محطات الطقس ذات الطاقة الشمسية لفهم كيف تؤثر المتغيرات المناخية على سلوك الحيوانات والهجرة والديناميات السكانية، فعلى سبيل المثال، فإن المحطات التي تُوضع بالقرب من حفر الفيل في المياه في السافانا تقاس درجة الحرارة والرطوبة إلى جانب مصابير الكاميرات، وفي الغابات السحابية، تتبع الضباب واعتراض الضباب، وكثيرا ما يعني صمت والافتقار إلى صمامات العادم هذه المحطات أن تُن الحيوانات أو تجتْبْبْبَتْ.

التحديات والطريقة التي تتخطى بها التكنولوجيا

حدود تخزين الطاقة

وعلى الرغم من التقدم المحرز، لا تزال تخزين البطاريات أضعف صلة، إذ أن البطاريات ذات الدودة العالية لها حياة محدودة وفقد القدرة في درجات الحرارة الباردة، والبطاريات التي تستخدم الليثيوم أخف وتعالج بشكل أفضل ولكنها تزيد تكلفة، ففي الشتاء المرتفع، يمكن أن تبلغ المدخلات الشمسية صفرا تقريبا لأسابيع أو أشهر، مما يتطلب وجود مصارف بطارية زائدة أو نظم هجينة ذات تربينات صغيرة للريح أو خلايا للوقود.

تحديات الصيانة في الظروف القاسية

ويمكن أن يحجب تراكم الأنوار على الألواح الشمسية تماماً، فالغدر في المناطق القاحلة يقلل من الكفاءة، ويمكن أن يلحق الضرر بالآلات الموصلة وأجهزة الدوائر، وتشمل الحلول التي تستخدمها أجهزة التنظيف التي تُرفع من الثلج (زوايا حرارة) ومعدات مائية ومضادات مضادة للتربة، واستخدام أجهزة تفتيش مقفلة ذات درجة بحرية أو مجهزة بأجهزة للتفتيش مطاطي.

إبلاغ البيانات في أعماق البرية

وقد تكون أكثر المحطات النائية خارج نطاق التغطية الخلوية أو حتى بواسطة السواتل، وبعض المناطق الجبلية لديها أرض تحجب إشارات ساتلية منخفضة الارتفاع، وتتوفر قنوات جديدة مثل ستارلينك وإريديوم التالية لربط أوسع نطاقاً في استهلاك منخفض للطاقة، مما يتيح لمراكز نقل المزيد من البيانات (بما في ذلك الصور والصوت) ذات الحدود الدنيا، وتسمح شبكات لورا ميشنز باعادة توزيع البيانات من خلال بعضها البعض إلى بوابة مركزية.

المستقبل: ما التالي لمحطة الطقس ذات الطاقة الشمسية؟

التكامل مع الاستخبارات الفنية

بيانات تجهيز الحوسبة على متن المحطة بدلاً من إرسال جميع البيانات الخام إلى السحابة تصبح عملية مع متحكمين منخفضي الطاقة ومسرعين، يمكن للمحطة أن تدير خوارزميات للكشف عن الشذوذ، تحديد عيوب الأجهزة، وفقط إرسال إنذارات هامة، وإنقاذ قياس الترددات والقوة، وقد تضبط محطات المستقبل تواترها الخاصة بها على أساس زيادة تنبؤات الطقس (مثلاً، مثلاً)

النظم الهجينة المتجددة

ومن أجل التصدي لتحدي الظلام الشتوي، تجمع العديد من المنشآت الجديدة بين الطاقة الشمسية والمولدات الريحية الصغيرة أو المولدات الكهربائية الحرارية، وفي المواقع الريحية مثل الأصفاد الساحلية أو الممرات الجبلية، يمكن لنظام الهجين أن يحافظ على الطاقة خلال فترات طويلة من الغيوم مع مصرف بطارية أصغر، وتستعمل بعض المحطات التجريبية توربينات مائية صغيرة إذا كان المجرى قريب، وهذه المحطات المتعددة المصادر لا تخلق الثغرات في مجال الرصد الذاتي الحقيقي.

التوسع في المياه الجوفية والبيئة البحرية

وفي حين تركز هذه المادة على محطات الأراضي، فإن نظم الطفاف ذات الطاقة الشمسية المشابهة تتكاثر في المحيطات والبحيرات، وتجمع محطات الطقس المشتعلة درجة الحرارة السطحية في البحر، وارتفاع الموجات، والضغط اللامعي، ونوعية الهواء، وتُعد مراصد المحيطات ذات الطاقة الشمسية عنصرا حاسما في تعقب الأعاصير، وصحة النظم الإيكولوجية البحرية، والبحوث المناخية.

الخلاصة: كورنرستون للاستخبارات البيئية العالمية

وقد انتقلت محطات الطقس ذات الطاقة الشمسية من التجارب المتخصصة إلى تعميم أدوات جمع البيانات البيئية، وقدرتها على توفير رصد فعال من حيث التكلفة وموثوق به ومراعي للبيئة من أي موقع تقريبا على الأرض، مما يجعلها لا غنى عنها للعلم والزراعة وإدارة الكوارث والحفظ، وما زالت تكنولوجيات تخزين الطاقة والاتصالات تتحسن وتعالج القيود القليلة المتبقية، ونتيجة لذلك تزايد شبكة أجهزة الاستشعار المستقلة التي تغذي البيانات في الوقت الحقيقي في نماذج المناخ ونظم الإنذار المبكر والقرارات المتعلقة بالسياسات.

ونظراً لأن المجتمع العالمي يواجه تسارعاً في تغير المناخ وفقدان التنوع البيولوجي، فإن الحاجة إلى بيانات بيئية دقيقة وذات استبانة عالية لم تكن أكبر من أي وقت مضى، إذ توفر محطات الطقس ذات القدرة الشمسية طريقاً قابلاً للاتباع لهذه الحاجة، وسواء كنت باحثاً يخطط لحملة ميدانية في الأمازون، أو وكالة حكومية تبنى شبكة للتنبؤ بالفيضانات، أو مزارع يسعى إلى تحقيق أقصى قدر من الري، فإن هذه المحطات توفر القوة والاستخبارات لجمع البيانات الحيوية التي تبثقت في المستقبل.