Die eerste prototipe van 'n sonkragbediener met 'n ladingbeheerder. Foto:
In September 2018, 'n entoesias van Low-tech Magazine . Die doel was om energieverbruik soveel te verminder dat een sonpaneel genoeg sou wees vir 'n tuis-self-gasheerbediener. Dit is nie maklik nie, want die webwerf moet 24 uur per dag werk. Kom ons kyk wat op die ou end gebeur het.
Jy kan na die bediener gaan , gaan die huidige kragverbruik en batterylaaivlak na. Die webwerf is geoptimaliseer vir 'n minimum aantal versoeke vanaf die bladsy en minimale verkeer, so dit moet 'n toename in verkeer van Habr weerstaan. Volgens die ontwikkelaar se berekeninge is energieverbruik per unieke besoeker 0,021 Wh.
Net voor dagbreek op 31 Januarie 2020 het dit 42% battery oor gehad. Dagbreek in Barcelona om 8:04 plaaslike tyd, waarna stroom vanaf die sonpaneel moet vloei.
Зачем?
Tien jaar gelede kenners dat die ontwikkeling van die internet bydra tot die "dematerialisering" van die samelewing, universele digitalisering - en as gevolg daarvan 'n vermindering in algehele energieverbruik. Hulle was verkeerd. Trouens, die internet self het geëis , en hierdie volumes groei steeds.
IT-maatskappye het inisiatiewe van stapel gestuur om na alternatiewe kragbronne oor te skakel, maar dit is nou onmoontlik. Alle datasentrums verbruik drie keer meer energie as wat al die son- en windinstallasies in die wêreld opwek. Nog erger, die vervaardiging en gereelde vervanging van sonpanele en windturbines , daarom is dit vandag eenvoudig onmoontlik om fossielbrandstowwe (olie, gas, uraan) te laat vaar. Maar hierdie reserwes sal nie lank hou nie, so ons sal onvermydelik moet dink oor hoe om van hernubare bronne te leef. Insluitend die bedryf van rekenaarinfrastruktuur, insluitend webbedieners.
Lae-tegnologie Tydskrif Webbladsye blaas te vinnig op. Gemiddelde bladsygrootte het van 2010 tot 2018 toegeneem , en vir mobiele werwe - van 0,15 MB tot 1,6 MB, 'n konserwatiewe skatting.
Toename in verkeersvolumes (die energie wat nodig is om 1 megagreep inligting oor te dra), wat 'n konstante toename in internet-energieverbruik veroorsaak. Swaarder en meer gelaaide werwe verhoog nie net die las op die netwerkinfrastruktuur nie, maar verkort ook die “lewensiklus” van rekenaars en slimfone, wat meer gereeld uitgegooi en nuwes vervaardig moet word, wat ook .
En natuurlik word die verhoogde werklading geskep deur die leefstyl self: mense spandeer byna al hul tyd op die internet en maak baie staat op verskeie webdienste. Dit is reeds moeilik om die moderne samelewing voor te stel sonder wolk IT-infrastruktuur (sosiale netwerke, kitsboodskappers, pos, ens.)
Bediener en webwerf konfigurasie
В Die hardeware-konfigurasie en sagteware-stapel van die webbediener word in detail beskryf.
Enkelbord rekenaar gekies vir lae kragverbruik en nuttige bykomende kenmerke soos kragbestuurskyfie . Dit laat jou toe om statistieke aan te vra oor die huidige spanning en stroom vanaf die bord en battery. Die mikrokring skakel outomaties krag tussen die battery en die GS-aansluiting, waar stroom vanaf die sonpaneel vloei. Dus, ononderbroke kragtoevoer na die bediener met batteryondersteuning is moontlik.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Aanvanklik is 'n litium-polimeerbattery met 'n kapasiteit van 6600 mAh (sowat 24 Wh) as 'n battery gekies, toe is 'n loodsuurbattery met 'n kapasiteit van 84,4 Wh geïnstalleer.
Die bedryfstelsel begin vanaf die SD-kaart. Alhoewel die bedryfstelsel nie meer as 1 GB opneem nie en die statiese webwerf ongeveer 30 MB is, was daar geen ekonomiese sin om 'n kaart kleiner as 'n Klas 10 16 GB te koop nie.
Die bediener koppel aan die internet via 'n 100 Mbps tuisverbinding in Barcelona en 'n standaard verbruikersroeteerder. 'n Statiese IP-adres is daarvoor gereserveer. Byna enigiemand kan so 'n webwerf in hul woonstel opstel; jy moet die firewall-instellings effens verander om poorte na plaaslike IP aan te stuur:
Poort 80 tot 80 vir HTTP Poort 443 tot 443 vir HTTPS Poort 22 tot 22 vir SSH
Bedryfstelsel gebaseer op Debian verspreiding en kern , wat ontwerp is vir enkelborde met AllWinner-skyfies.
'n 50-watt sonpaneel vir 'n webbediener en 'n 10-watt sonpaneel vir die verligting van die sitkamer in die skrywer se woonstel
Statiese webwerf wat deur die stelsel gegenereer word (werfgenerator in Python). Statiese werwe laai vinniger en is minder SVE-intensief, so hulle is baie meer energiedoeltreffend as dinamies gegenereerde bladsye. Sien die bronkode vir die tema. .
'n Baie belangrike punt is beeldkompressie, want sonder hierdie optimalisering is dit byna onmoontlik om webblaaie kleiner as 1 megagreep te maak. Vir optimalisering is besluit om die foto's in halftoonbeelde om te skakel. Hier is byvoorbeeld 'n foto van vroulike telefoonoperateurs op 'n skakelbord in die vorige eeu, .
En hier is 'n geoptimaliseerde grysskaalbeeld van grootte met drie kleure (swart, wit, grys). Weens die optiese illusie lyk dit vir die kyker of daar meer as drie kleure is.
Halftoonfoto's is nie net gekies om grootte te optimaliseer nie ('n taamlik twyfelagtige besluit), maar ook om estetiese redes. Hierdie ou beeldverwerkingstegniek het sekere stilistiese kenmerke, so die webwerf het 'n ietwat unieke ontwerp.
Ná optimalisering het 623 illustrasies op die Low-tech Magazine-webwerf in grootte van 194,2 MB tot 21,3 MB afgeneem, dit wil sê met 89%.
Alle ou artikels is omgeskakel na Markdown vir die maklike skryf van nuwe artikels, sowel as vir die gemak van rugsteun via . Alle skrifte en spoorsnyers, sowel as logo's, is van die webwerf verwyder. Die versteklettertipe in die kliënt se blaaier word gebruik. As 'n "logo" - die naam van die tydskrif in hoofletters met 'n pyltjie na links: LOW←TECH TYDSKRIF. Slegs 16 grepe in plaas van 'n prentjie.
In die geval van stilstand is die moontlikheid van "vanlyn lees" georganiseer: tekste en prente word na 'n RSS-stroom uitgevoer. Kas van 100% inhoud is geaktiveer, insluitend HTML.
Nog 'n optimalisering is om HTTP2-instellings in nginx te aktiveer, wat verkeer effens verminder en bladsylaaityd verminder in vergelyking met HTTP/1.1. Die tabel vergelyk die resultate vir vyf verskillende bladsye.
| | FP | ONS | HS | FW | CW | |--------|-------|-------|-------|-------|----- -| | HTTP/1.1 | 1.46s | 1.87s | 1.54s | 1.86s | 1.89s | | HTTP2 | 1.30s | 1.49s | 1.54s | 1.79s | 1.55s | | Beelde | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | spaargeld | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Volledige nginx-konfigurasie:
root@solarserver:/var/log/nginx# cat /etc/nginx/sites-enabled/solar.lowtechmagazine.com
# Expires map
map $sent_http_content_type $expires {
default off;
text/html 7d;
text/css max;
application/javascript max;
~image/ max;
}
server {
listen 80;
server_name solar.lowtechmagazine.com;
location / {
return 301 https://$server_name$request_uri;
}
}
server{
listen 443 ssl http2;
server_name solar.lowtechmagazine.com;
charset UTF-8; #improve page speed by sending the charset with the first response.
location / {
root /var/www/html/;
index index.html;
autoindex off;
}
#Caching (save html pages for 7 days, rest as long as possible, no caching on frontpage)
expires $expires;
location @index {
add_header Last-Modified $date_gmt;
add_header Cache-Control 'no-cache, no-store';
etag off;
expires off;
}
#error_page 404 /404.html;
# redirect server error pages to the static page /50x.html
#error_page 500 502 503 504 /50x.html;
#location = /50x.html {
# root /var/www/;
#}
#Compression
gzip on;
gzip_disable "msie6";
gzip_vary on;
gzip_comp_level 6;
gzip_buffers 16 8k;
gzip_http_version 1.1;
gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
#Caching (save html page for 7 days, rest as long as possible)
expires $expires;
# Logs
access_log /var/log/nginx/solar.lowtechmagazine.com_ssl.access.log;
error_log /var/log/nginx/solar.lowtechmagazine.com_ssl.error.log;
# SSL Settings:
ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/solar.lowtechmagazine.com/fullchain.pem;
ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/solar.lowtechmagazine.com/privkey.pem;
# Improve HTTPS performance with session resumption
ssl_session_cache shared:SSL:10m;
ssl_session_timeout 5m;
# Enable server-side protection against BEAST attacks
ssl_prefer_server_ciphers on;
ssl_ciphers ECDH+AESGCM:ECDH+AES256:ECDH+AES128:DH+3DES:!ADH:!AECDH:!MD5;
# Disable SSLv3
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
# Lower the buffer size to increase TTFB
ssl_buffer_size 4k;
# Diffie-Hellman parameter for DHE ciphersuites
# $ sudo openssl dhparam -out /etc/ssl/certs/dhparam.pem 4096
ssl_dhparam /etc/ssl/certs/dhparam.pem;
# Enable HSTS (https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Security/HTTP_Strict_Transport_Security)
add_header Strict-Transport-Security "max-age=63072000; includeSubdomains";
# Enable OCSP stapling (http://blog.mozilla.org/security/2013/07/29/ocsp-stapling-in-firefox)
ssl_stapling on;
ssl_stapling_verify on;
ssl_trusted_certificate /etc/letsencrypt/live/solar.lowtechmagazine.com/fullchain.pem;
resolver 87.98.175.85 193.183.98.66 valid=300s;
resolver_timeout 5s;
}Resultate van 15 maande se werk
Vir die tydperk van 12 Desember 2018 tot 28 November 2019 het die bediener gewys . Dit beteken dat weens slegte weer die stilstand vir die jaar 399 uur was.
Maar as jy nie die afgelope twee maande in ag neem nie, was die optyd 98,2%, en die stilstand was net 152 uur, skryf die ontwikkelaars. Uptyd het die afgelope twee maande tot 80% gedaal toe kragverbruik toegeneem het as gevolg van 'n sagteware-opdatering. Elke aand het die webwerf vir etlike ure afgegaan.
Volgens statistieke was die bediener se elektrisiteitsverbruik vir die jaar (vanaf 3 Desember 2018 tot 24 November 2019) 9,53 kWh. Beduidende verliese in die fotovoltaïese stelsel as gevolg van spanningomskakeling en batteryontlading is aangeteken. Die sonkragbeheerder het 'n jaarlikse verbruik van 18,10 kWh getoon, wat beteken die stelseldoeltreffendheid is sowat 50%.
Vereenvoudigde diagram. Dit wys nie 'n spanningomskakelaar van 12 tot 5 volt en 'n battery ampère-uur meter nie
Gedurende die studietydperk het 865 000 unieke besoekers die webwerf besoek. Alle energieverliese in die sonkraginstallasie ingesluit, was die energieverbruik per unieke besoeker 0,021 Wh. Dus, een kilowatt-uur se sonenergie wat opgewek word, is genoeg om byna 50 000 unieke besoekers te bedien.
Tydens die eksperiment is sonpanele van verskillende groottes getoets. Die tabel toon berekeninge van hoe lank dit sal neem om batterye van verskillende kapasiteit te laai wanneer sonpanele van verskillende groottes gebruik word.
Die gemiddelde kragverbruik van die webbediener gedurende die eerste jaar, insluitend alle energieverliese, was 1,97 Watt. Die berekening toon dat die bestuur van 'n webwerf oornag op die kortste nag van die jaar (8 uur 50 minute, 21 Junie) 17,40 watt-uur se stoorkrag vereis, en op die langste nag (14 uur 49 minute, 21 Desember) benodig jy 29,19 .XNUMX Wh.
Aangesien loodsuurbatterye nie onder die helfte van die kapasiteit moet ontlaai nie, benodig die bediener 'n 60 Wh-battery om die langste nag te oorleef met optimale daglig (2x29,19 Wh). Die stelsel het vir die grootste deel van die jaar met 'n 86,4 Wh-battery en 'n 50-watt-sonpaneel gewerk, en toe is die bogenoemde 95-98% uptyd behaal.
Uptyd 100%
Vir 100% uptyd is dit nodig om die batterykapasiteit te verhoog. Om te vergoed vir een dag van baie slegte weer (sonder noemenswaardige kragopwekking), is 47,28 watt-uur (24 uur × 1,97 watt) se berging nodig.
Vanaf 1 Desember 2019 tot 12 Januarie 2020 is 'n 168-watt-battery in die stelsel geïnstalleer, wat 'n praktiese bergingskapasiteit van 84 watt-uur het. Dit is genoeg berging om die webwerf vir twee nagte en een dag aan die gang te hou. Die konfigurasie is gedurende die donkerste tydperk van die jaar getoets, maar die weer was relatief goed – en oor die gespesifiseerde tydperk was die optyd 100%.
Maar om 100% uptyd vir etlike jare te waarborg, sal jy moet voorsiening maak vir die ergste scenario, wanneer slegte weer vir etlike dae voortduur. Die berekening toon dat om 'n webwerf vir vier dae aanlyn te hou met min of geen energie-opwekking, jy 'n loodsuurbattery met 'n kapasiteit van 440 watt-uur benodig, wat die grootte van 'n motorbattery is.
In die praktyk, in goeie weerstoestande, sal 'n 48 Wh loodsuurbattery die bediener oornag aan die gang hou van Maart tot September. 'n 24 Wh-battery sal die bediener vir 'n maksimum van 6 uur hou, wat beteken dat dit elke aand sal afskakel, hoewel op verskillende tye, afhangende van die maand.
Oor die algemeen hoef sommige webwerwe nie snags te werk nie, wanneer die aantal besoekers minimaal is, sê die ouens van Low-tech Magazine. Byvoorbeeld, as dit 'n plaaslike stadspublikasie is, waar besoekers van ander tydsones nie kom nie, maar slegs plaaslike inwoners.
Dit wil sê, vir werwe met verskillende verkeer en verskillende uptyd, is batterye van verskillende kapasiteit en sonpanele van verskillende groottes nodig.
Die skrywer verskaf 'n berekening van hoeveel energie benodig word produksie die sonpanele self (beliggaamde energie) en hoeveel dit uitkom as jy hierdie bedrag deel deur die verwagte lewensduur van 10 jaar.
Op hierdie manier is dit moontlik om die ekwivalent van fossielbrandstowwe wat in die vervaardiging en werking van die panele verbruik word, te bereken. Low-tech Magazine het bevind dat hul stelsel (50 W-paneel, 86,4 Wh-battery) in die eerste jaar van bedryf ongeveer 9 kg emissies "gegenereer" het, of die ekwivalent van die verbranding van 3 liter petrol: ongeveer dieselfde as 'n 50- jaar oue passasiersmotor km reis.
As die bediener nie van sonpanele aangedryf word nie, maar van die algemene kragnetwerk, blyk dit dat die ekwivalente emissies ses keer laer is: 1,54 kg (die Spaanse energiesektor het 'n groot aandeel alternatiewe energie en kernkragsentrales). Maar dit is nie 'n heeltemal korrekte vergelyking nie, skryf die skrywer, want dit neem die beliggaamde energie van die sonkraginfrastruktuur in ag, maar neem nie hierdie aanwyser vir die algemene energienetwerk in ag nie, dit wil sê die koste van die konstruksie en ondersteuning daarvan .
Verdere verbeterings
Oor die afgelope tyd is 'n aantal optimaliserings uitgevoer wat bediener se kragverbruik verminder het. Byvoorbeeld, op 'n stadium het die ontwikkelaar opgemerk dat 6,63 TB van die totale 11,15 TB verkeer gegenereer is deur een verkeerde RSS-stroomimplementering wat elke paar minute inhoud getrek het. Nadat hierdie fout reggestel is, het die bediener se kragverbruik (energieverliese uitgesluit) van 1,14 W tot ongeveer 0,95 W afgeneem. Die wins mag dalk klein lyk, maar 'n verskil van 0,19 W beteken 4,56 watt-uur per dag, wat ooreenstem met meer as 2,5 uur se batterylewe vir die bediener.
Gedurende die eerste jaar was doeltreffendheid slegs 50%. Verliese is waargeneem tydens die laai en ontlading van die battery (22%), asook wanneer die spanning van 12 V (sonkrag-PV-stelsel) na 5 V (USB) omgeskakel word, waar verliese tot 28% was. Die ontwikkelaar erken dat hy 'n suboptimale spanning-omsetter (beheerder sonder ingeboude USB) het, so jy kan hierdie punt optimaliseer of na 'n 5V-sonkraginstallasie oorskakel.
Om energiebergingsdoeltreffendheid te verbeter, kan loodsuurbatterye vervang word met duurder litiumioonbatterye, wat laer laai-/ontladingsverliese het (<10%). Nou oorweeg die ontwerper 'n kompakte (CAES), wat 'n leeftyd van dekades het, wat 'n kleiner koolstofvoetspoor op sy produksie beteken.
Kompakte saamgeperste lug energie akkumulator,
Installering van 'n bykomende windturbine word oorweeg (dit kan wees ) en die installering van 'n sonkrag-spoorsnyer om die panele na die son te draai. Die spoorsnyer laat jou toe om elektrisiteitsproduksie met 30% te verhoog.
Nog 'n manier om die doeltreffendheid van die stelsel te verhoog, is om dit te skaal. Verhoog meer webwerwe op die bediener en begin meer bedieners. Dan sal die energieverbruik per perseel afneem.
Sonkraggasheermaatskappy. Illustrasie: Diego Marmolejo
As jy jou hele woonstelbalkon met sonpanele bedek en 'n sonkrag-webgasheermaatskappy oopmaak, sal die koste per kliënt aansienlik laer wees as vir 'n enkele webwerf: skaalvoordele.
Oor die algemeen toon hierdie eksperiment dat, gegewe sekere beperkings, dit heeltemal moontlik is vir rekenaarinfrastruktuur om op hernubare energiebronne te werk.
Teoreties kan so 'n bediener selfs sonder 'n battery klaarkom as dit in ander dele van die wêreld weerspieël word. Installeer byvoorbeeld spieëls in Nieu-Seeland en Chili. Daar sal sonpanele werk wanneer dit nag is in Barcelona.
Bron: will.com