إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة: حلول خضراء لتشغيل الأجهزة الرقمية

تتنامى العلاقة بين إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة في الوقت الراهن، في ظل النمو السريع لتطبيقات الأول، ما يشكّل تحديات كبيرة من حيث استهلاك الكهرباء عالميًا، وما لذلك من آثار بيئية، ما يستوجب معه بالطبع ابتكار الحلول النظيفة لتشغيل الأجهزة المتصلة، ومن خلال تطبيق حلول الطاقة مثل مصادر الطاقة المتجددة، وتقنيات حصاد الطاقة...

بقلم: محمد عبد السند

تتنامى العلاقة بين إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة في الوقت الراهن، في ظل النمو السريع لتطبيقات الأول، ما يشكّل تحديات كبيرة من حيث استهلاك الكهرباء عالميًا، وما لذلك من آثار بيئية، ما يستوجب معه بالطبع ابتكار الحلول النظيفة لتشغيل الأجهزة المتصلة.

ومن خلال تطبيق حلول الطاقة مثل مصادر الطاقة المتجددة، وتقنيات حصاد الطاقة، والتصميم الموفر للكهرباء، وكذلك طرق تخزينها المتطورة، يمكن ضمان استدامة شبكات إنترنت الأشياء، ما يمهد الطريق أمام مستقبل أنظف.

وفي ضوء هذا السيناريو، يُشعل إنترنت الأشياء "آي أو تي" ثورة في الطريقة التي نحيا ونعمل ونتفاعل بها مع البيئة. ومع استمرار تزايد أعداد الأجهزة المتصلة، يتنامى الطلب على الكهرباء لتشغيل تلك الأجهزة الرقمية، حسبما أورد موقع إنرجي بورتال. إي يو Energy Portal. Eu.

ويُقصد بمصطلح إنترنت الأشياء الجيل الجديد من الإنترنت (الشبكة)، الذي يتيح التفاهم بين الأجهزة المتصلة ببعضها عبر بروتوكول الإنترنت.

ووفقًا لتقرير صادر عن وكالة الطاقة الدولية، يُمكن أن يُسهم إنترنت الأشياء في زيادة استهلاك الكهرباء العالمية بنسبة 20% بحلول أواسط العقد الجاري (2025).

ومع أخذ هذا في الاعتبار، من الضروري جدًا استكشاف حلول توليد الكهرباء الخضراء لضمان استدامة النظام البيئي لإنترنت الأشياء.

ويتمثّل أحد الحلول الواعدة في استعمال مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح والمياه.

الطاقة الشمسية

تمثّل الطاقة الشمسية جانبًا مشرقًا في العلاقة بين إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة. وتتمتع الطاقة الشمسية، على وجه الخصوص، بإمكان تشغيل أجهزة إنترنت الأشياء مباشرة عبر الخلايا الشمسية، التي يمكن دمجها في تصميم تلك الأجهزة، ما يمكنها من الاستفادة من ضوء الشمس، وتحويله إلى كهرباء.

وتشمل أجهزة إنترنت الأشياء الهواتف والثلاجات والساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية وأجهزة إنذار الحريق الذكية وأقفال الأبواب الذكية، من بين أخرى عديدة.

ولا يُسهم هذا في تقليل الحاجة إلى استعمال البطاريات التقليدية فحسب، وإنما يُخفّض الآثار البيئية الناجمة عن التخلص من البطاريات المُستعملة أيضًا.

طاقة الرياح

هناك خيار آخر ذو جدوى يُقرن بين إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة، ويتمثّل في توربينات الرياح الصغيرة التي يمكن أن تشغل أجهزة إنترنت الأشياء، من خلال تركيبها في البيئات الحضرية بُغية توليد الكهرباء النظيفة لتلك الشبكات المحلية.

ويمكن وضع تلك التوربينات على الأسطح أو حتى دمجها في تصميم أعمدة الإنارة المثبتة في الشوارع، والبنية التحتية الأخرى، ما يزودها بمصدر نظيف ومتجدد للكهرباء لتشغيل الأجهزة المتصلة.

الطاقة الكهرومائية

يمكن استعمال الطاقة الكهرومائية المولدة من المياه كذلك في تشغيل أجهزة إنترنت الأشياء. وفي هذا الخصوص يمكن تركيب الأنظمة الكهرومائية الصغيرة في الأنهار والمجاري المائية لتوليد الكهرباء لشبكات إنترنت الأشياء القريبة.

وليس لتلك الأنظمة سوى آثار بيئية طفيفة جدًا، ويمكن أن تتيح مصدر كهرباء موثوقًا للأجهزة المتصلة في المواقع النائية.

تقنيات حصاد الطاقة

بالإضافة إلى مصادر الطاقة المتجددة، يمكن استعمال تقنيات حصاد الطاقة لتشغيل أجهزة إنترنت الأشياء.

ويشير مصطلح حصاد الطاقة إلى العملية التي يجري من خلالها الحصول على الكهرباء من مصادر خارجية مثل الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية وطاقة الرياح، وغيرها.

وتشتمل تقنية حصاد الطاقة على التقاط وتحويل كمية طاقة كافية مُستمدة من البيئة مثل الضوء والحرارة أو الحركة، إلى كهرباء. على سبيل المثال، يمكن استعمال مواد الكهرباء الانضغاطية في توليد الكهرباء من الاهتزازات الميكانيكية، كتلك الناجمة عن خطوات القدم، أو مرور السيارات.

ويمكن استعمال تلك الكهرباء بعد ذلك في تشغيل أجهزة إنترنت الأشياء، مثل أجهزة الاستشعار وعُقد الاتصال في البيئات الحضرية.

ويشير مصطلح العقدة في شبكات الاتصال إلى نقطة إعادة توجيه، فالعقدة هنا عبارة عن جهاز مزود بالكهرباء تُتلقى أو تُشكل أو تُحول المعلومات الواردة من خلاله.

المولدات الحرارية

جانب آخر من جوانب العلاقة بين إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة يتجلى في المولدت الحرارية "تي إي جي"، وهي شكل آخر من أشكال تقنيات حصاد الطاقة التي يمكن استعمالها لتشغيل أجهزة إنترنت الأشياء.

وتحول المولدات الحرارية فروق درجات الحرارة إلى كهرباء، ما يجعلها مثالية جدًا للاستعمال في البيئات التي تشهد تقلبات في درجات الحرارة.

وتستطيع أجهزة إنترنت الأشياء المزودة بالمولدات الحرارية الاستفادة من الحرارة المُهدَرة من العمليات الصناعية أو الفروق في درجات الحرارة في البيئات الخارجية لتوليد الكهرباء، ما يُقلل الحاجة إلى مصادر الطاقة التقليدية.

تصميم الأجهزة الموفرة للكهرباء

يتعين هنا الأخذ في الاعتبار حقيقة مفادها بأن تصميم الأجهزة الموفرة للكهرباء يؤدي دورًا -أيضًا- في تقليل استهلاك الكهرباء اللازمة لتشغيل أجهزة إنترنت الأشياء. ومن خلال تحسين الأجهزة الصلبة "الهاردوير" ومكونات البرمجيات "السوفت وير" لتلك الأجهزة، يمكن تقليل احتياجاتها إلى الكهرباء بدرجة كبيرة.

ويمكن تحقيق هذا عبر تقنيات مثل الإدارة التكيفية للكهرباء، التي تعمل على ضبط استهلاك الكهرباء لجهاز ما على أساس احتياجاته التشغيلية الحالية.

وبالمثل يمكن استعمال بروتوكولات الاتصال منخفضة الكهرباء، لتقليل كميتها اللازمة لنقل البيانات بين أجهزة إنترنت الأشياء.

تخزين الكهرباء

مثال أخير على العلاقة بين إنترنت الأشياء والطاقة المتجددة، يتمثل في تطوير حلول تخزين الكهرباء المتطورة، التي تُعد أساسية في ضمان موثوقية واستدامة أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بالكهرباء الخضراء.

وفي هذا الإطار توفر تقنيات البطاريات الجديدة -مثل بطاريات الحالة الصلبة، وبطاريات تدفق الأكسدة- شدة كهرباء مُحسنة وعُمرًا وظيفيًا أطول، مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

ويمكن أن تساعد تلك التطورات في تخزين الكهرباء على تفادي الطبيعة المتقطعة لمصادر الطاقة المتجددة، وتمكين أجهزة إنترنت الأشياء من العمل المستمر، حتى في ظل غياب السطوع الشمسي أو الرياح.