إن زهرة دوار الشمس وطريقتها المثالية في تتبع ضوء الشمس، جعل منها اليوم خلايا كهروضوئية نستمد منها طاقة لتسيير حياتنا اليومية، والواحدة من هذه التقنية تزودك بالكهرباء بشكل يكفي لمنزل يعيش به 4 أشخاص، ويأمل صناع دوار الشمس الزهرة الذكية أن تساعد في جعل العالم مكان أفضل وحماية البيئة.

زهرة دوار الشمس: لها ساق إسطوانية طويلة مغطاة بزغب، يصل طولها إلى حوالي ثلاثة أمتار، وأوراقها عريضة، أما قرصها مكون من أزهار شعاعية وأنبوبية، تعد أوكرانيا وروسيا والأرجنتين من أكثر الدول زراعة لها وإنتاجاً لبذورها، ويعود استخدام دوار الشمس إلى آلاف السنين، حيث كانت تُزرع في مناطق الأمريكتين قبل وصول الأوروبيين، وكانت تُعتبر رمزًا للخصوبة والحياة، شهدت الزهرة انتشارًا كبيرًا في الثقافات المختلفة التي كانت تجسدها في الفنون والتقاليد.

صورة لزهرة دوار الشمس

دوار الشمس الزهرة الذكية: قام المهندسون المستوحون من ترتيب الزهيرات في رأس دوار الشمس بإعادة تنظيم المرايا في مصفوفة مكثفة للطاقة الشمسية، واكتشفوا أنه من خلال القيام بذلك، يمكنهم تركيز نفس كمية ضوء الشمس كما كان من قبل، مع استخدام مساحة أقل بنسبة 20 ٪.

ومع شروق الشمس في الصباح تتفتح الزهرة الذكية تلقائيا تماما، وتوجه مروحة وحدات الطاقة الشمسية “التي تبلغ مساحة سطحها 18م2” نحو الشمس وتبدأ في إنتاج الكهرباء اللازمة لأخذ دش ساخن، وإعداد القهوة الطازجة، وتشغيل الراديو أثناء تناول وجبة الإفطار، وبفضل نظام تتبع الشمس مزدوج المحور تتحرك المروحة بتحرك الشمس طوال اليوم بكل موثوقية.

دوار الشمس الزهرة الذكية

اكتشاف عملية دوار الشمس الزهرة الذكية:

تتبع زهور دوار الشمس مسار الشمس أثناء النهار، يقول العلماء أن هذه الظاهرة سببها اختلاف طول أجزاء من الساق، فقد لاحظوا أن معدل نمو الجزء الأيمن من الساق يكون أعلى من الجزء الأسفل للساق، وهذا يفسر لنا تحرك قرص دوار الشمس مع حركة الشمس من الشرق إلى الغرب خلال النهار، وتنعكس حركتها تماماً في المساء، أما حين تنضج الأزهار فإنها تتوقف عن تتبع مسار الشمس وتظل متجهة نحو الشرق، إذ أن النباتات ابتكرت طريقة تنموية ذاتية التنظيم تؤدي إلى تصميمها الأمثل؛ فيمكن للتصاميم البشرية التي تتطلب تنظيمًا مكانيًا فعالًا الاقتراض من إستراتيجية المصنع الفعالة هذه لتغطية المنطقة واستيعاب الموارد والتطبيقات الأخرى.

آلية صنع دوار الشمس الزهرة الذكية:

إذا نظرنا إلى مركز زهرة عباد الشمس، فستلاحظ النمط اللافت للنظر للأشكال الحلزونية في العديد من الأزهار هناك، هذا الميل الحلزوني شائع في نمو النباتات، وغالبًا ما يُرى في طريقة تباعد الأزهار والأوراق والفروع حول جذع أو جذع مركزي، ولكن إلى جانب كونها جذابة للعين، هناك قيمة وظيفية لهذه الأنماط، وهناك أساس بسيط وراء التعقيد المبهر.

في حالة الأوراق، إذا نظرت إلى أسفل على مثل هذا النبات من الأعلى، يمكنك أن ترى أن الموضع الحلزوني يزيد من تعرض كل ورقة للشمس، مما يقلل من أي طغيان على ورقة واحدة بأخرى وبالمثل، ترغب النباتات في زيادة عدد البذور التي يمكنها تعبئتها في منطقة معينة لزيادة فرص نجاحها في التكاثر إلى أقصى حد، كيف تتشكل هذه الأنماط هو ما يجعل القصة ممتعة حقًا.

داخل النبات، تحتوي الخلايا المحيطة بالمحور المركزي على تركيزات مختلفة من المواد الكيميائية الحيوية، مثل النبات هرمون أوكسين، يمكن أن تؤثر الاختلافات في هذه التركيزات على مكان الزهرة حول محيط ذلك المحور المركزي، أو سوف يتشكل برعم الأوراق، في النباتات التي تستخدم هذا النمط الحلزوني، يميل كل نمو جديد إلى التكون في مكان حول تلك الدائرة بعيدًا قدر الإمكان عن النمو السابق إذن، النمو الأول يحدث على جانب واحد من الدائرة، والثاني على الموقع المقابل عند 180 درجة إلى الأول. لا يمكن أن تكون الجولة الثالثة من النمو عند 180 درجة من تلك الجولة، لأن ذلك سيضعها مباشرة فوق الأولى. إذن فهو بزاوية أصغر قليلاً من النمو الثاني، يستمر نمط التأثير هذا في تقليص الزاوية، ولكن بدرجة أقل مع كل جولة نمو، حيث يقترب أكثر فأكثر من حوالي 137.5 درجة، باتباع هذا النمط، لا تتداخل الأوراق وتلقي بظلالها على بعضها البعض، وتملأ البذور والزهور والأجزاء الأخرى المساحة المتاحة بكفاءة.

التأثير الوظيفي للتعبئة بالزاوية الذهبية، لاحظ التحسين الأكبر للمساحة.

هذه الزاوية البالغة 137.5 درجة تعكس أنماط نمو النبات، فعندما تنقسم الدائرة إلى قوسين، أحدهما بزاوية 137.5 درجة تقريبًا، يكون حجم القوس الأكبر مقارنةً بالقوس الأصغر هو نفسه نسبة الدائرة بأكملها إلى القوس الأكبر 1.618 إلى 1. وهذا هو نفس النمط الذي شوهد في تسلسل فيبوناتشي الشهير، حيث يكون الرقم التالي هو مجموع الرقمين السابقين (0 ، 1 ، 1 ، 2 ، 3 ، 5 ، 8 ، 13 ، 21 ، 34 ، 55 …). مع كل إضافة جديدة إلى التسلسل، تكون نسبة آخر رقمين أقرب وأقرب إلى 1.618.

تُعرف هذه النسبة بالنسبة الذهبية، و 137.5 درجة بالزاوية الذهبية، وتظهر في أماكن كثيرة في نمو وتطور الكائنات الحية، إنه نمط بسيط حيث يتأثر كل ما يأتي بعد ذلك بطريقة متسقة بما حدث من قبل، الجزء المذهل حقًا هو عدد الأشكال التي يمكن أن يتخذها التأثير من رؤوس الزهور المكتظة بكثافة إلى الدوامة الرشيقة لقشرة نوتيلوس.

يستمر هذا النمط من التأثير في تقليص الزاوية، ولكن بدرجة أقل مع كل جولة من النمو، ويقترب أكثر فأكثر من حوالي 137.5 درجة، وبعد هذا النمط لا تتداخل الأوراق وتلقي بظلالها على بعضها البعض، والبذور، والزهور، وأجزاء أخرى ملء المساحة المتاحة بكفاءة.

رأس زهرة هيليانثوس تعرض زهيرات حلزونية من 34 و 55 حول الخارج، رقمان متتاليان في تسلسل فيبوناتشي.

مبتكر الزهرة الذكية وكيفية إنتاجها وانتشارها:

يقول المبتكر ألكسندر شفاتيك إن حدائق البيوت الصغيرة ستتحول بفضل الزهرة الذكية إلى محطات صغيرة للتزود بالطاقة من أشعة الشمس، ويضمن شفاتيك أن زهرته، التي تشبه زهرة دوار الشمس شكلاً، ستكون أيضًا إضافة جمالية للحديقة.

أسس المبتكر النمساوي شركة «سمارت فلور إينرجي تكنولوجي» كي تتكفل بتسويق وتوزيع شجرته السولارية، والحقيقة أن زهرة دوار الشمس السولارية عبارة عن شجرة كبيرة نسبيًا، لكن تتميز بإمكانية طيها كما يتم طي المروحة الإسبانية اليدوية المشهورة، وقد تسد الشجرة حاجة البيت من الطاقة، بل وأن تبث الطاقة الزائدة عن حاجة البيت في شبكة الكهرباء العامة.

ومثل هذا التركيب يمنحها إمكانية تقليل المكان الذي تحتله، ويجعلها متحركة وقابلة للنقل من مكان إلى آخر، بحسب وضع البيت واتجاهات الشروق والغروب، كما يمنح المالك قدرة لم أوراقها مساء وتحويلها إلى ما يشبه «بطارية» تخزن الطاقة الزائدة، بهدف استخدامها في المساء.

يمكن إنتاج زهرة دوار الشمس السولارية بأحجام مختلفة، لكن الحجم المناسب إلى حديقة بيت عائلة متوسطة، يبلغ نحو 5 أمتار وهي متفتحة الأوراق (3 أمتار وهي مضمومة الأوراق)، وتشكل أوراقها الكبيرة مساحة خلايا كهروضوئية، لإنتاج الكهرباء من الشمس، تبلغ مساحتها السطحية 18 مترًا مربعًا.

وبحسب تصريحات شفاتيك، يمكن لمثل هذه الشجرة السولارية أن تنتج 4000 كيلوواط ساعة في السنة في أجواء وسط أوروبا المعروفة بقلة أيام الشمس فيها، والمهم أن الورقة الواحدة من زهرة دوار الشمس السولارية تنتج 2.31 كيلوواط بالمقارنة مع ألواح خلايا سولارية مماثلة على سقف البيت، وتحتل نصف مساحة السطح، لكنها تنتج نصف هذه الطاقة فقط.

وسر هذه الإنتاجية العالية من الطاقة من ضوء الشمس الساقط عليها يكمن في أن أوراق الزهرة تتجه آليًا إلى الشمس كما تفعل زهرة دوار الشمس، في حين أن تغير زاوية سقوط الشمس على الألواح السولارية يقلل قدرتها على الاستفادة الكاملة من ضوء الشمس، ثم أن الزهرة تتفتح صباحًا تلقائيًا بمجرد شروق الشمس، ثم تغير الأوراق زاويتها كي تصبح مقابل الشمس تمامًا وبعدها تدور مع الشمس وهي تتجه نحو الغروب، وتختفي الأوراق مساء تلقائيًا داخل جذع الشجرة.

ومن يود حفظ الطاقة الزائدة، المنتجة في الأيام المشمسة، عليه أن يقتني بطارية مكملة لعمل الزهرة الذكية يرتفع سعرها إلى 5000 – 8000 يورو، وهذه البطارية قابلة للتفريغ والشحن 10 آلاف مرة، كما أن البطارية قادرة على العمل بكفاءة كبيرة رغم تغير درجات الحرارة صيفًا بين 20 درجة مئوية (وسط أوروبا) و50 درجة (أفريقيا)، باختصار يمكن للبطارية أن ترافق الزهرة الذكية في عملها طوال 15 سنة قبل أن يضطر صاحبها لشراء بطارية أخرى.

تتولى الشركة تثبيت الزهرة الذكية على أرضية من الكونكريت بواسطة براغي يبلغ طول الواحد منها نحو 1,6 متر، يمكن بعدها ربط الزهرة كهربائيًا بواسطة كابل صغير (2.5 × 3 ملم)، بحسب رغبة صاحب البيت، مع بطارية تتولى حفظ وتوزيع الطاقة، أو ربط الشجرة مباشرة بشبكة الكهرباء في البيت.

نصبت شركة «سمارت فلور إينرجي تكنولوجي» حتى الآن شجرة واحدة في ألمانيا، وذلك في ساحة بوتسدام في العاصمة برلين، وذلك بهدف استعراض المنتج لكنها، ولأسباب دعائية، «زرعت» 900 زهرة من أزهار دوار الشمس السولارية في 30 دولة أخرى من مختلف بلدان العالم، لا سيما في النمسا، وفي البلدان التي تشرق بها الشمس دائمًا، بحسب تصريح شفاتيك، ويفترض أن تنتج الزهرة الذكية الطاقة في البلدان المشمسة بمعدل 6200 كيلوواط ساعة في السنة.ويفترض أن تكون إعلانا بيئيًا عن رغبة العالم في التحول إلى الطاقة البديلة.

ويبدو أن برلين تتخلف في هذا الموضوع وراء باريس، لأن شركة «سمارت فلور إينرجي تكنولوجي» تنتج، في هذه المرحلة من الإنتاج، مائة شجرة في الشهر، تذهب 30 منها إلى باريس، ويعود الفضل في مشروع تشجير العاصمة الفرنسية بزهور دوار الشمس السولارية إلى عمدة المدينة آن هيدالغو، وإلى أنجح قمة للمناخ انعقدت مؤخرًا في باريس.

طريقة تركيب الزهرة الذكية ونظام طاقتها الشمسية:

تتولى الشركة تثبيت الزهرة الذكية على أرضية من الكونكريت بواسطة براغي يبلغ طول الواحد منها نحو 1,6 متر، يمكن بعدها ربط الزهرة كهربائيًا بواسطة كابل صغير (2.5 × 3 ملم)، بحسب رغبة صاحب البيت، مع بطارية تتولى حفظ وتوزيع الطاقة، أو ربط الشجرة مباشرة بشبكة الكهرباء في البيت، وينتج نظام الزهرة الذكية المتفتحة الجديد الطاقة النظيفة عبر نظام تتبع ثنائي المحور يحافظ على لوحات النظام موجهة مباشرة إلى الشمس طوال اليوم وطوال فصول السنة، وتسمح هذه التقنية بحصاد طاقة شمسية على مدار اليوم تفوق حصاد المنظومات الشمسية التقليدية المثبتة على الأسقف بنسبة تصل إلى 40 في المائة، وتنتج نحو أربعة آلاف كيلوواط/ ساعة سنويا بما يعادل “متوسط الاستهلاك السنوي الكامل لأسرة تعيش في وسط أوروبا”، وقد أعلن عن تقنية الزهرة الذكية مخترعوها أنفسهم، واصفين إياها بأنها أول نظام متكامل للطاقة الشمسية في العالم.

ويضم نظام الزهرة الذكية نظما كهربائية ضوئية يمكن بكل بساطة توصيلها وتشغيلها مثل جميع الأجهزة المنزلية العادية الأخرى، وبفضل التصميم غير العادي والمكونات المتزامنة تماما، ينتج النظام في المتوسط نحو أربعة آلاف كيلوواط/ ساعة سنويا، ليفي بمتوسط كامل الاحتياجات الكهربائية لأسرة تعيش في منطقة أوروبا الوسطى.

ووفقا لمخترعيه فإن نظام الزهرة الذكية يمثل تغيرا زمنيا، حيث لم يعد حجم النظام وحده مقياسا لكل شيء، بل إن ما يهم هو معدل الإنتاج الثابت إلى حد ما خلال اليوم، وذلك للسماح بالاستخدام الأكثر فعالية للطاقة المنتجة، ويحقق نظام الزهرة الذكية درجة استفادة ذاتية نحو 60 في المائة، وهو ما يمثل تحسنا كبيرا مقارنة بالوحدات المثبتة على الأسطح التي يبلغ متوسط الاستفادة الذاتية منها نحو 30 في المائة فقط.

سعر الزهرة الذكية وتوافرها في السوق:

من يود اقتناء هذه الشجرة الآن عليه أن يوّرق 10500 يورو، أو أن ينتظر دخولها مرحلة الإنتاج الكبير كي ينالها بسعر أقل، لكن مصادر الشركة تقول إن السعر الحالي قليل لأن زهرة دوار الشمس تضمن لصاحب المنزل تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 60%.

وتبلغ تكلفة هذا النظام نحو 17 ألف دولار أمريكي، وينتج من 3400 إلى6200 كيلوواط ساعة سنويا اعتمادا على طول فترة سطوع الشمس يوميا، ويتطلب نظام الزهرة الذكية المتفتحة للطاقة الشمسية وجود بطاريات، ووحدات تحكم في الشحن، وعاكسات أيضا، ويجب ألا ننسى المولد لاستخدامه في الأيام الغائمة، ويبدو مفهوم النظام الجديد جميلا جدا نظريًا ودعائيًا، وقد يكون تطبيقًا لفكرة رائعة فريدة من نوعها ولكنها مكلفة جدًا، إذ تظهر المنتجات الجديدة كل يوم ما يعمل على خفض التكلفة وزيادة انتشار تقنيات الطاقة الشمسية.