تُحَوِّل الألواح الشمسية ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية، مما يجعلها تعمل بكفاءة عالية في الأماكن التي لا تتوفر فيها شبكات الطاقة التقليدية. وفقًا لأبحاث معهد الطاقة الشمسية لعام 2023، يمكن للنماذج الأحادية البلورية الحديثة أن تصل كفاءتها إلى حوالي 18 إلى 22 بالمئة عندما تكون الظروف مثالية تمامًا. وغالبًا ما تأتي هذه الألواح بطبقات خاصة تساعد على امتصاص المزيد من الضوء حتى في الأجواء غير المشرقة، مثل أوقات شروق الشمس أو غروبها. وبُنيت هذه الألواح لتكون قوية وتتمتع بأداء طويل الأمد، حيث تمتاز معظمها بختمٍ مقاوم للماء وإطارات لا تصدأ، وبالتالي فهي تتحمل الظروف الجوية القاسية جيدًا في أماكن مثل الشواطئ أو الجبال أو أي مكان ترتفع فيه الرطوبة.
توفر بطاريات الليثيوم أيون طاقة احتياطية لمدة تتراوح بين أسبوعين و3 أسابيع، مع دعم وحدات تحكم شحن ذكية تمنع الشحن الزائد وتقلبات الجهد. أثناء نقص الطاقة، تقوم خوارزميات العمل في ظروف الإضاءة المنخفضة بتخفيض معدل الإطارات لتمديد مدة التشغيل مع الحفاظ على سلامة المراقبة. تتضمن بعض الأنظمة حزم بطاريات قابلة للتبديل في الموقع، مما يسمح بالصيانة السريعة دون تعطيل مراقبة الأمن.
باستخدام وحدات الاتصال 4G LTE، يمكننا إرسال مقاطع فيديو مشفرة مباشرة عبر شبكات الهاتف المحمول دون الحاجة إلى اتصال Wi-Fi أو الأسلاك الكثيرة المزعجة. قاست بعض الاختبارات الميدانية زمن تأخير أقل من 300 مللي ثانية وفقًا للبحث الذي أجرته معهد الاتصالات الوطني عام 2023. هذا النوع من السرعة يجعل من الممكن إرسال تنبيهات فورية تقريبًا وبث حي سلس. تأتي هذه الأجهزة مزودة بantennas خاصة تعزز الإشارات بحيث تبقى متصلة حتى في المناطق التي تكون فيها جودة الاستقبال ضعيفة. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي على فتحتي شريحة SIM مدمجتين، ما يعني أنه إذا تعطلت إحدى الشبكات، فإن النظام يتحول تلقائيًا إلى شبكة أخرى دون أي انقطاع.
وفقًا لدراسة حديثة من NREL في عام 2023، تحتفظ الألواح الشمسية أحادية البلورة بنسبة حوالي 70٪ من كفاءتها المعتادة حتى عند تجمع الغيوم. تعمل هذه الألواح بشكل أفضل عند توصيلها بوحدات تحكم MPPT التي تقوم باستمرار بتعديل مستويات الجهد. ويساعد هذا في استخلاص أكبر قدر ممكن من الطاقة كلما وُجد ظل جزئي على المصفوفة أو خلال الفترات الصعبة مثل شروق الشمس وغروبها. على سبيل المثال، سيجد شخص يقوم بتثبيت نظام أساسي يحتوي فقط على لوحة بقدرة 10 واط إلى جانب بطارية ليثيوم كبيرة الحجم سعتها 20,000 ملي أمبير في الساعة أن نظامه يستمر في العمل بسلاسة لأكثر من ثلاثة أيام متواصلة دون أي ضوء شمسي على الإطلاق. مما يجعل هذه الألواح مفيدة بشكل خاص في المناطق التي تستمر فيها الظروف الجوية السيئة لأسابيع أو أشهر متتالية.
لاستدامة الأداء خلال فترات الغيوم الطويلة، تستخدم كاميرات الطاقة الشمسية من نوع 4G استراتيجيات إدارة طاقة تكيفية:
تدعم هذه الإجراءات التشغيل دون انقطاع خلال 5 إلى 7 أيام متتالية غائمة، مع تفعيل تنبيهات الطاقة المنخفضة عند بقاء 15% من الشحن.
يحب المصنعون التباهي بمنتجاتهم على أنها قادرة على العمل على مدار الساعة وفقًا لنتائج المختبر، ولكن عندما يتم نشر هذه الأنظمة فعليًا في العالم الواقعي، فإنها غالبًا ما تفشل في تحقيق ذلك. تنخفض الكفاءة بنسبة حوالي 20٪ في المناطق ذات المناخ الطبيعي، وقد تصل إلى 35٪ في المناطق القطبية الباردة. وفقًا لبعض الأبحاث التي نشرها معهد IEEE العام الماضي، فإن معظم كاميرات الأمان التي تدّعي التعامل مع الفيديو بدقة 4K بمعدل 25 إطارًا في الثانية عادةً ما تنخفض دقتها إلى 1080p فقط بنصف معدل الإطارات خلال الطقس البارد لتوفير الطاقة. وبينما يساعد هذا التباطؤ التلقائي بالفعل في إطالة عمر المعدات، فإنه يبرز بشكل كبير مدى أهمية أن يفهم الناس ما يمكن أن تفعله أجهزتهم فعليًا مقابل ما تعد به المواد التسويقية، خاصة عند التعامل مع العوامل البيئية القاسية.
تُرسل الكاميرات المزودة بمحولات 4G مدمجة اللقطات مباشرة عبر شبكات الهاتف المحمول دون الحاجة إلى إعداد شبكة واي فاي أو كابلات إيثرنت منتشرة في المكان. ولهذا السبب تعمل هذه الكاميرات العاملة بالطاقة الشمسية بشكل جيد جدًا في أماكن مثل مناطق البناء النائية، أو حقول المزارع التي لا يوجد فيها اتصال بالإنترنت، أو الممتلكات الريفية البعيدة عن المدينة. فالواي فاي التقليدي لا يكون فعالاً عادةً على مسافات تزيد عن 100 متر تقريبًا، لكن تقنية 4G تستفيد من أبراج الهواتف الموجودة بالفعل للحفاظ على الاتصال عبر مسافات تُقاس بالأميال بدلًا من الأقدام. ووفقًا لبحث نشرته شركة تاوغلاس العام الماضي حول أداء أجهزة إنترنت الأشياء، يمكن لمحولات 4G الحالية التعامل مع التأخير بأقل من 50 جزءًا من الألف من الثانية، وهو ما يعادل ما يحصل عليه المستخدمون مع الإعدادات السلكية التقليدية. وهذا يعني بثّ فيديو مباشر أكثر سلاسة واستجابة أسرع عند تنشيط مستشعرات الحركة.
يمكن لشبكة 4G التعامل مع مقاطع الفيديو بدقة تصل إلى 2K (أي 2560 في 1440 بكسل) وبمعدل حوالي 25 إطارًا في الثانية، وهو ما يحتاج عمومًا إلى ما بين 4 و6 ميجابت في الثانية. في الواقع، هذا يتجاوز ما يحتاجه معظم الأشخاص عادةً للمحتوى العادي بدقة 1080p عبر اتصالات الواي فاي. تستخدم الأجهزة الذكية تقنية تُعرف بالبث بتغير معدل البت (adaptive bitrate streaming)، التي تُعدّل جودة الفيديو حسب قوة الإشارة، بحيث لا تحدث توقفات أو تجميدات مزعجة أثناء المشاهدة. وعند محاولة البث في مناطق ضعيفة التغطية، فإن العديد من الأنظمة تخفض الدقة إلى 720p باستخدام حوالي 1.5 ميجابت في الثانية بدلًا من ذلك. وهذا يساعد على استمرار التشغيل بسلاسة حتى عندما يكون هناك عدد كبير من المستخدمين الآخرين الذين يحاولون استخدام الشبكة نفسها في أوقات الذروة مثل المساء أو عطلات نهاية الأسبوع.
في المناطق الريفية حيث لا يمتلك ما يقرب من أربعة من كل خمسة أشخاص اتصالاً بالإنترنت عالي السرعة وفقًا لإحصائيات اللجنة الفيدرالية للاتصالات (FCC) من العام الماضي، تعمل هذه الأنظمة بشكل جيد نسبيًا لأنها تعتمد على خدمة الهاتف المحمول بدلًا من ذلك. إن مزيج الألواح الشمسية والأغلفة الخارجية المتينة يجعل من الممكن تركيبها في أي مكان تقريبًا – في أعماق الغابات، أو في المرتفعات الجبلية، أو حتى في مواقع مؤقتة بعيدة عن أي شبكة كهربائية. ومع ذلك، ولتحقيق أداء جيد، يجب على فرق التركيب التحقق فعليًا من إشارة الشبكة في كل موقع محدد مسبقًا. وعندما تكون الإشارة ضعيفة مع ظهور شريط أو شريطين فقط، تصبح إضافة وحدات الهوائيات الاتجاهية مهمة جدًا للحفاظ على اتصال مستقر وموثوق.
أصبحت الكاميرات العاملة بالطاقة الشمسية والمتصلة بشبكة الجيل الرابع شائعة نسبيًا في مواقع العمل النائية التي لا تتوفر فيها اتصالات بالشبكة الكهربائية العادية. بالنسبة لطواقم البناء، تقلل هذه الأجهزة من سرقة المعدات بنسبة حوالي 37 بالمئة مقارنة بالأماكن التي لا تحتوي على أي نظام رقابة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعمال التحقق من ظروف الموقع من على بعد أميال دون الحاجة للسفر شخصيًا إلى الموقع. ويجد المزارعون أيضًا فائدة كبيرة في هذه الكاميرات على المزارع الكبيرة لمراقبة الحيوانات ومتابعة نمو المحاصيل بشكل صحيح. فقد سجل مزرعة معينة انخفاضًا بنحو النصف في حوادث الصيد غير القانوني بعد تركيب مثل هذه الكاميرات. كما تستفيد عمليات إدارة الغابات أيضًا، حيث تسجّل الكاميرات فقط عند حدوث حركة، ما يعني اكتشاف علامات مبكرة لحرائق الغابات قبل أن تنتشر كثيرًا، ويساعد أيضًا في تتبع أنماط نشاط الحيوانات. ونظرًا لأنها تُفعَّل فقط عند الحاجة، فإن البطاريات تدوم لفترة أطول بكثير مما تتطلبه عملية التسجيل المستمر.
يمكن لهذه الأنظمة أن تتوسع بسهولة من 10 كاميرات فقط لتصل إلى مئات الكاميرات المتصلة معًا من خلال إعدادات الطاقة الشمسية الوحداتية وإدارة قائمة على السحابة. عند التوسيع، لا داعي لحفر الخنادق أو تمديد أسلاك جديدة، حيث تُضاف الوحدات الإضافية ببساطة بالتوصيل إلى البنية التحتية الحالية. مما يجعل هذه الحلول مثالية للمشاريع التي تبدأ صغيرةً ثم تتوسع تدريجيًا مع مرور الوقت. كما أن وفورات التكلفة في الصيانة مثيرة للإعجاب أيضًا. إذ أفادت بعض المواقع بتخفيض المصروفات بنسبة تقارب 70 بالمئة بفضل ميزات مثل التنظيف التلقائي للألواح، والتحديثات البرمجية عن بُعد عبر الاتصال اللاسلكي، والتنبيهات المبكرة عند احتمال فشل البطاريات. وعادةً ما تظل المكونات الأكثر أهمية قيد العمل بكفاءة بين ثلاث إلى خمس سنوات قبل الحاجة إلى استبدالها. والأفضل من ذلك، يمكن استبدال العديد من المكونات مباشرةً في الموقع دون الحاجة لإرسال المعدات إلى المقر الرئيسي لإصلاحها.
يوفر المُنشئون من 1200 إلى 4800 دولار أمريكي لكل وحدة من خلال تجنب عمليات الحفر المكلفة لتمديد خطوط الكهرباء أو البيانات. ويقل وقت الإعداد من أسابيع إلى ساعات، وهي ميزة حاسمة للفرق الاستجابة للطوارئ التي تعمل في مناطق الكوارث. وتُعد هذه الأنظمة فعالة بشكل موثوق في البيئات القاسية:
تجعل متانتها هذه الأنظمة مناسبة تمامًا لمحطات البحر المفتوح، والمناجم، وأماكن أخرى يصعب فيها الاتصال بالشبكة أو يكون مكلفًا جدًا.
تجمع كاميرات الطاقة الشمسية الحديثة العاملة بتقنية 4G بين الطاقة الذاتية والتوصيل الأمن عالي المستوى، لتوفير مراقبة موثوقة في أكثر البيئات تحديًا.
يمكن للأشخاص مشاهدة البث المباشر أو التحقق من التسجيلات السابقة في أي وقت يرغبون فيه من خلال تطبيقات محمولة آمنة تعمل على الهواتف والأجهزة اللوحية على حد سواء. يقوم النظام بتخزين كل شيء افتراضيًا في السحابة، وبالتالي لا توجد أي متاعب تتعلق بإعداد خوادم فعلية في الموقع. وعندما تنقطع خدمة الإنترنت، فإن بعض طرز الكاميرات تقوم بحفظ اللقطات مباشرةً على بطاقات microSD الموجودة بداخلها (وبعضها يمكنه استيعاب ما يصل إلى 512 جيجابايت). وبمجرد عودة الاتصال بالإنترنت، تتم مزامنة هذه التسجيلات المحلية وتحميلها تلقائيًا إلى السحابة. يعني هذا النهج المدمج أن مقاطع الفيديو المهمة تظل آمنة حتى لو كان الشخص يعيش في مكان يعاني من خدمة خلوية غير مستقرة أو انقطاعات متكررة في الإشارة.
تُبقي تشفير AES-256_streams مقاطع الفيديو آمنة وتحمي البيانات المخزنة من الوقوع في الأيدي الخطأ. كما أصبحت أنظمة الأمان الآن تشمل ميزة المصادقة متعددة العوامل أيضًا. وهذا يعني أن المستخدمين يحتاجون إلى شيء إضافي بجانب كلمة المرور، مثل مسح بصمة الإصبع أو رمز يتم إرساله إلى هواتفهم عند تسجيل الدخول. وقد بدأت الشركات الكبرى في هذا المجال بإطلاق تحديثات البرامج الثابتة تلقائيًا أيضًا. وهذه التحديثات تقوم بإصلاح الثغرات الأمنية دون الحاجة إلى لمس العتاد الفعلي. أمور مهمة جدًا بالفعل، خاصةً بالنسبة للأجهزة التي تكون موجودة في مواقع بعيدة لا يوجد فيها شخص من فريق تكنولوجيا المعلومات قريبًا للتعامل معها يدويًا.
تقوم أنظمة الإدارة الذكية للطاقة بتعديل أداء الأجهزة بناءً على مصادر الطاقة المتاحة. على سبيل المثال، عندما ينخفض توفر ضوء الشمس، قد تقلل هذه الأنظمة من سرعة تسجيل الفيديو من حوالي 30 إطارًا في الثانية إلى نحو 15 إطارًا في الثانية. ويُمكن لمديري التقنية تحديد المدة التي تبقى فيها اللقطات المسجلة مخزّنة في السحابة أيضًا. تحتفظ معظم الأنظمة بالبيانات لمدة تتراوح بين أسبوع تقريبًا وثلاثة أشهر، مع التكيّف حسب نوع نظام الطاقة الشمسية القريب. والهدف الكامل هو الحفاظ على التشغيل السلس دون تراكم كميات كبيرة من البيانات واستهلاك احتياطي الطاقة المحدود في المواقع النائية.
تشمل المكونات الرئيسية الألواح الشمسية لجمع الطاقة، وبطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة، ومحولات شبكة 4G LTE لنقل البيانات لاسلكيًا.
تستخدم هذه الأنظمة استراتيجيات إدارة الطاقة التكيفية، مثل إعطاء الأولوية للأحمال والتحكم في عمق التفريغ، لضمان التشغيل المستمر خلال الفترات الممطرة الطويلة.
يتيح الاتصال بـ 4G نقل الفيديو بشكل مستقل دون الحاجة إلى شبكة واي فاي أو البنية التحتية للشبكة الكهربائية، مما يجعل هذه الأنظمة مثالية للمواقع النائية أو الريفية.
يتم الحفاظ على أمن البيانات من خلال تشفير AES-256، والمصادقة متعددة العوامل، وتحديثات البرامج الثابتة التلقائية، مما يحمي تدفقات الفيديو والبيانات المخزنة.
نعم، فهي مصممة للعمل في مجموعة من الظروف، بما في ذلك درجات حرارة تتراوح بين -40°م إلى 65°م، وسرعات رياح تصل إلى 150 كم/س، وهطول أمطار غزيرة.
EN
