El primer prototip de servidor solar amb controlador de càrrega. Foto:
El setembre de 2018, un entusiasta de la revista Low-tech . L'objectiu era reduir el consum d'energia tant que un panell solar seria suficient per a un servidor domèstic allotjat. Això no és fàcil, perquè el lloc ha de funcionar les 24 hores del dia. A veure què ha passat al final.
Podeu anar al servidor , comproveu el consum d'energia actual i el nivell de càrrega de la bateria. El lloc està optimitzat per a un nombre mínim de sol·licituds de la pàgina i un trànsit mínim, de manera que hauria de suportar un augment del trànsit d'Habr. Segons els càlculs del desenvolupador, el consum d'energia per visitant únic és de 0,021 Wh.
Poc abans de l'alba del 31 de gener de 2020, li quedava un 42% de bateria. Alba a Barcelona a les 8:04 hora local, després de la qual hauria de sortir corrent del panell solar.
Per què?
Fa deu anys experts que el desenvolupament d'Internet contribueix a la "desmaterialització" de la societat, a la digitalització universal i, com a conseqüència, a una reducció del consum global d'energia. Estaven equivocats. De fet, la mateixa Internet ho exigia , i aquests volums continuen creixent.
Les empreses de TI han llançat iniciatives per canviar a fonts d'energia alternatives, però això ara és impossible. Tots els centres de dades consumeixen tres vegades més energia que la que generen totes les instal·lacions solars i eòliques del món. Pitjor encara, la producció i la substitució regular de plaques solars i aerogeneradors , per tant, avui és simplement impossible abandonar els combustibles fòssils (petroli, gas, urani). Però aquestes reserves no duraran gaire, així que, inevitablement, haurem de pensar com viure de fonts renovables. Incloent el funcionament de la infraestructura informàtica, inclosos els servidors web.
Revista de baixa tecnologia Les pàgines web s'inflen massa ràpidament. La mida mitjana de la pàgina va augmentar del 2010 al 2018 , i per a llocs mòbils: de 0,15 MB a 1,6 MB, una estimació conservadora.
Augment del volum de trànsit (l'energia necessària per transmetre 1 megabyte d'informació), que provoca un augment constant del consum d'energia d'Internet. Els llocs més pesats i carregats no només augmenten la càrrega de la infraestructura de xarxa, sinó que també escurcen el "cicle de vida" dels ordinadors i telèfons intel·ligents, que s'han de llençar amb més freqüència i produir-ne de nous, que també .
I, per descomptat, l'augment de la càrrega de treball es crea pel propi estil de vida: la gent passa gairebé tot el temps a Internet i depenen molt de diversos serveis web. Ja és difícil imaginar la societat moderna sense una infraestructura informàtica al núvol (xarxes socials, missatgeria instantània, correu, etc.)
Configuració del servidor i del lloc web
В La configuració del maquinari i la pila de programari del servidor web es descriuen amb detall.
Ordinador de placa única escollit per un baix consum d'energia i funcions addicionals útils, com ara el xip de gestió d'energia . Permet sol·licitar estadístiques sobre la tensió i corrent actuals de la placa i la bateria. El microcircuit canvia automàticament l'alimentació entre la bateria i el connector de CC, on flueix el corrent des del panell solar. Per tant, és possible una font d'alimentació ininterrompuda al servidor amb suport de bateria.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Inicialment, es va triar una bateria de polímer de liti amb una capacitat de 6600 mAh (uns 24 Wh) com a bateria, després es va instal·lar una bateria de plom-àcid amb una capacitat de 84,4 Wh.
El sistema operatiu arrenca des de la targeta SD. Tot i que el sistema operatiu no ocupa més d'1 GB i el lloc web estàtic és d'uns 30 MB, no tenia sentit econòmic comprar una targeta més petita que una Classe 10 de 16 GB.
El servidor es connecta a Internet mitjançant una connexió domèstica de 100 Mbps a Barcelona i un router de consum estàndard. Hi ha reservada una adreça IP estàtica. Gairebé qualsevol persona pot configurar aquest lloc al seu apartament; heu de canviar lleugerament la configuració del tallafoc per reenviar els ports a la IP local:
Port 80 a 80 per a HTTP Port 443 a 443 per a HTTPS Port 22 a 22 per a SSH
Sistema operatiu basat en la distribució i el nucli Debian , que està dissenyat per a taulers individuals amb xips AllWinner.
Un panell solar de 50 watts per a un servidor web i un panell solar de 10 watts per il·luminar la sala d'estar de l'apartament de l'autor
Lloc estàtic generat pel sistema (generador de llocs en Python). Els llocs estàtics es carreguen més ràpidament i consumeixen menys CPU, de manera que són molt més eficients energèticament que les pàgines generades dinàmicament. Vegeu el codi font del tema. .
Un punt molt important és la compressió d'imatges, ja que sense aquesta optimització és gairebé impossible fer pàgines web inferiors a 1 megabyte. Per a l'optimització, es va decidir convertir les fotografies en imatges de mitges tintes. Per exemple, aquí hi ha una fotografia d'operadores de telefonia en una centraleta el segle passat, .
I aquí hi ha una imatge en escala de grisos optimitzada de mida amb tres colors (negre, blanc, gris). A causa de la il·lusió òptica, a l'espectador li sembla que hi ha més de tres colors.
Les fotografies de mitges tintes es van triar no només per optimitzar la mida (una decisió força dubtosa), sinó també per motius estètics. Aquesta tècnica antiga de processament d'imatges té certes característiques estilístiques, de manera que el lloc té un disseny una mica únic.
Després de l'optimització, 623 il·lustracions del lloc web de la revista Low-tech van disminuir de mida de 194,2 MB a 21,3 MB, és a dir, un 89%.
Tots els articles antics es van convertir a Markdown per facilitar la redacció d'articles nous, així com per facilitar la còpia de seguretat mitjançant . Tots els scripts i rastrejadors, així com els logotips, es van eliminar del lloc. S'utilitza el tipus de lletra predeterminat al navegador del client. Com a "logotip": el nom de la revista en majúscules amb una fletxa a l'esquerra: LOW←TECH MAGAZINE. Només 16 bytes en comptes d'una imatge.
En cas d'inactivitat, s'ha organitzat la possibilitat de "lectura fora de línia": els textos i les imatges s'exporten a un canal RSS. L'emmagatzematge a la memòria cau del contingut al 100% està habilitat, inclòs l'HTML.
Una altra optimització és habilitar la configuració HTTP2 a nginx, que redueix lleugerament el trànsit i redueix el temps de càrrega de la pàgina en comparació amb HTTP/1.1. La taula compara els resultats de cinc pàgines diferents.
| | FP | NOSALTRES | HS | FW | CW | |----------|-------|--------|--------|--------|------- -| | HTTP/1.1 | 1.46 s | 1.87 s | 1.54 s | 1.86 s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30 s | 1.49 s | 1.54 s | 1.79 s | 1.55 s | | Imatges | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | estalvi | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Configuració completa de nginx:
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;
}Resultats de 15 mesos de treball
Durant el període del 12 de desembre de 2018 al 28 de novembre de 2019, el servidor va mostrar . Això vol dir que a causa del mal temps el temps d'inactivitat de l'any va ser de 399 hores.
Però si no es tenen en compte els últims dos mesos, el temps d'activitat va ser del 98,2% i el temps d'inactivitat només va ser de 152 hores, escriuen els desenvolupadors. El temps de funcionament es va reduir al 80% en els darrers dos mesos quan el consum d'energia va augmentar a causa d'una actualització de programari. Cada nit el lloc va baixar durant diverses hores.
Segons les estadístiques, durant l'any (del 3 de desembre de 2018 al 24 de novembre de 2019), el consum elèctric del servidor va ser de 9,53 kWh. S'han registrat pèrdues importants en el sistema fotovoltaic per conversió de tensió i descàrrega de la bateria. El controlador solar va mostrar un consum anual de 18,10 kWh, el que significa que l'eficiència del sistema és d'aproximadament el 50%.
Diagrama simplificat. No mostra un convertidor de tensió de 12 a 5 volts i un comptador d'amperhora de bateria
Durant el període d'estudi, 865 visitants únics van visitar el lloc. Incloent totes les pèrdues d'energia a la instal·lació solar, el consum d'energia per visitant únic va ser de 000 Wh. Així, un quilowatt-hora d'energia solar generada és suficient per atendre gairebé 0,021 visitants únics.
Durant l'experiment, es van provar plaques solars de diferents mides. La taula mostra els càlculs del temps que trigarà a carregar bateries de diferents capacitats quan s'utilitzen plaques solars de diferents mides.
El consum mitjà d'energia del servidor web durant el primer any, incloses totes les pèrdues d'energia, va ser d'1,97 watts. El càlcul mostra que l'execució d'un lloc web durant la nit la nit més curta de l'any (8 hores i 50 minuts, 21 de juny) requereix 17,40 watts-hora de potència d'emmagatzematge, i a la nit més llarga (14 hores i 49 minuts, 21 de desembre) en necessiteu 29,19. .XNUMX Wh.
Com que les bateries de plom-àcid no s'han de descarregar per sota de la meitat de la capacitat, el servidor necessita una bateria de 60 Wh per sobreviure a la nit més llarga amb una llum diürna òptima (2x29,19 Wh). Durant la major part de l'any, el sistema va funcionar amb una bateria de 86,4 Wh i un panell solar de 50 watts, i després es va aconseguir l'esmentat temps de funcionament del 95-98%.
Temps de funcionament 100%
Per al 100% d'activitat, cal augmentar la capacitat de la bateria. Per compensar un dia de molt mal temps (sense generació d'energia important), es necessiten 47,28 watts-hora (24 hores × 1,97 watts) d'emmagatzematge.
Des de l'1 de desembre de 2019 fins al 12 de gener de 2020, s'ha instal·lat al sistema una bateria de 168 watts, que té una capacitat pràctica d'emmagatzematge de 84 watts-hora. Això és suficient emmagatzematge per mantenir el lloc en funcionament durant dues nits i un dia. La configuració es va provar durant el període més fosc de l'any, però el temps va ser relativament bo, i durant el període especificat el temps de funcionament va ser del 100%.
Però per garantir el 100% d'activitat durant diversos anys, haureu de preveure el pitjor dels casos, quan el mal temps persisteixi durant diversos dies. El càlcul mostra que per mantenir un lloc web en línia durant quatre dies amb poca o nul·la generació d'energia, necessitaries una bateria de plom-àcid amb una capacitat de 440 watts-hora, que és la mida d'una bateria de cotxe.
A la pràctica, amb bones condicions meteorològiques, una bateria de plom-àcid de 48 Wh mantindrà el servidor en funcionament durant la nit de març a setembre. Una bateria de 24 Wh durarà el servidor un màxim de 6 hores, és a dir, s'apagarà cada nit, tot i que en diferents hores segons el mes.
En general, alguns llocs no necessiten treballar de nit, quan el nombre de visitants és mínim, diuen els nois de la revista Low-tech. Per exemple, si es tracta d'una publicació de la ciutat regional, on no vénen visitants d'altres zones horàries, sinó només residents locals.
És a dir, per a llocs amb trànsit diferent i temps de funcionament diferent, es necessiten bateries de diferents capacitats i plaques solars de diferents mides.
L'autor proporciona un càlcul de quanta energia es necessita producció els mateixos panells solars (energia incorporada) i quant resulta si es divideix aquesta quantitat per la vida útil prevista de 10 anys.
D'aquesta manera, es pot calcular l'equivalent de combustibles fòssils que es consumeixen en la producció i funcionament dels panells. La revista Low-tech va trobar que durant el primer any de funcionament, el seu sistema (tauler de 50 W, bateria de 86,4 Wh) va "generar" aproximadament 9 kg d'emissions, o l'equivalent a cremar 3 litres de gasolina: aproximadament el mateix que un 50- desplaçament en cotxe de passatgers d'un any.
Si el servidor no s'alimenta de plaques solars, sinó de la xarxa elèctrica general, les emissions equivalents semblen ser sis vegades inferiors: 1,54 kg (el sector energètic espanyol té una alta proporció d'energies alternatives i centrals nuclears). Però aquesta no és una comparació completament correcta, escriu l'autor, perquè té en compte l'energia incorporada de la infraestructura solar, però no té en compte aquest indicador per a la xarxa energètica general, és a dir, els costos de la seva construcció i suport. .
Més millores
Durant el darrer temps, s'han dut a terme una sèrie d'optimitzacions que han reduït el consum d'energia del servidor. Per exemple, en un moment donat, el desenvolupador es va adonar que 6,63 TB dels 11,15 TB totals de trànsit es van generar per una implementació incorrecta del canal RSS que va treure contingut cada pocs minuts. Després de solucionar aquest error, el consum d'energia del servidor (excloent les pèrdues d'energia) va disminuir d'1,14 W a aproximadament 0,95 W. El guany pot semblar petit, però una diferència de 0,19 W significa 4,56 watts-hora per dia, que correspon a més de 2,5 hores de durada de la bateria del servidor.
Durant el primer any, l'eficiència va ser només del 50%. Es van observar pèrdues en carregar i descarregar la bateria (22%), així com en convertir la tensió de 12 V (FV solar) a 5 V (USB), on les pèrdues van ser de fins al 28%. El desenvolupador admet que disposa d'un convertidor de tensió subòptim (controlador sense USB integrat), per la qual cosa es pot optimitzar aquest punt o canviar a una instal·lació solar de 5V.
Per millorar l'eficiència de l'emmagatzematge d'energia, les bateries de plom-àcid es poden substituir per bateries d'ions de liti més cares, que tenen pèrdues de càrrega/descàrrega més baixes (<10%). Ara el dissenyador està considerant un compacte (CAES), que té una vida útil de dècades, la qual cosa significa una menor petjada de carboni en la seva producció.
Acumulador compacte d'energia d'aire comprimit,
S'està considerant la instal·lació d'una turbina eòlica addicional (pot ser ) i instal·lar un seguidor solar per girar els panells cap al sol. El rastrejador permet augmentar la producció d'electricitat en un 30%.
Una altra manera d'augmentar l'eficiència del sistema és escalar-lo. Creeu més llocs web al servidor i engegueu més servidors. Aleshores, el consum d'energia per lloc disminuirà.
Empresa d'allotjament solar. Il·lustració: Diego Marmolejo
Si cobreixes tot el balcó de l'apartament amb plaques solars i obris una empresa d'allotjament web solar, el cost per client serà significativament inferior al d'un sol lloc web: economies d'escala.
En general, aquest experiment demostra que, donades certes limitacions, és totalment possible que la infraestructura informàtica funcioni amb fonts d'energia renovables.
Teòricament, un servidor d'aquest tipus podria fins i tot prescindir d'una bateria si es reflecteix en altres parts del món. Per exemple, instal·leu miralls a Nova Zelanda i Xile. Allà les plaques solars funcionaran quan sigui de nit a Barcelona.
Font: www.habr.com