El primer prototipo de servidor solar con controlador de carga. Foto:
En septiembre de 2018, un entusiasta de la revista Low-tech . El objetivo era reducir el consumo de energía tanto que un panel solar fuera suficiente para un servidor doméstico autohospedado. Esto no es fácil, porque el sitio debe funcionar las 24 horas del día. Veamos qué pasó al final.
Puedes ir al servidor. , verifique el consumo de energía actual y el nivel de carga de la batería. El sitio está optimizado para una cantidad mínima de solicitudes de la página y un tráfico mínimo, por lo que debería soportar un aumento en el tráfico de Habr. Según los cálculos del promotor, el consumo de energía por visitante único es de 0,021 Wh.
Justo antes del amanecer del 31 de enero de 2020, le quedaba un 42% de batería. Amanece en Barcelona a las 8:04 hora local, tras lo cual debería fluir corriente desde el panel solar.
¿Por qué?
Hace diez años expertos que el desarrollo de Internet contribuye a la "desmaterialización" de la sociedad, a la digitalización universal y, como resultado, a una reducción del consumo general de energía. Ellos estaban equivocados. De hecho, la propia Internet exigía , y estos volúmenes siguen creciendo.
Las empresas de TI han lanzado iniciativas para cambiar a fuentes de energía alternativas, pero esto ahora es imposible. Todos los centros de datos consumen tres veces más energía de la que generan todas las instalaciones solares y eólicas del mundo. Peor aún, la producción y sustitución periódica de paneles solares y turbinas eólicas Por tanto, hoy es simplemente imposible abandonar los combustibles fósiles (petróleo, gas, uranio). Pero estas reservas no durarán mucho, por lo que inevitablemente tendremos que pensar en cómo vivir de fuentes renovables. Incluyendo la operación de infraestructura informática, incluidos servidores web.
Revista de baja tecnología Las páginas web se hinchan demasiado rápido. El tamaño promedio de página aumentó de 2010 a 2018 y para sitios móviles: de 0,15 MB a 1,6 MB, una estimación conservadora.
Aumento del volumen de tráfico (la energía necesaria para transmitir 1 megabyte de información), lo que provoca un aumento constante del consumo energético de Internet. Los sitios más pesados y cargados no sólo aumentan la carga sobre la infraestructura de la red, sino que también acortan el "ciclo de vida" de las computadoras y teléfonos inteligentes, que deben desecharse con mayor frecuencia y producir otros nuevos, que también .
Y, por supuesto, el aumento de la carga de trabajo se debe al propio estilo de vida: las personas pasan casi todo su tiempo en Internet y dependen en gran medida de diversos servicios web. Ya es difícil imaginar la sociedad moderna sin una infraestructura informática en la nube (redes sociales, mensajería instantánea, correo, etc.)
Configuración del servidor y sitio web.
В La configuración de hardware y la pila de software del servidor web se describen en detalle.
Computadora de placa única elegido por su bajo consumo de energía y funciones adicionales útiles como el chip de administración de energía . Le permite solicitar estadísticas sobre el voltaje actual y la corriente de la placa y la batería. El microcircuito cambia automáticamente la energía entre la batería y el conector de CC, donde fluye la corriente desde el panel solar. De este modo, es posible un suministro de energía ininterrumpido al servidor con soporte de batería.
Olimex Olinuxino A20 Lima 2
Inicialmente, se eligió como batería una batería de polímero de litio con una capacidad de 6600 mAh (aproximadamente 24 Wh), luego se instaló una batería de plomo-ácido con una capacidad de 84,4 Wh.
El sistema operativo arranca desde la tarjeta SD. Aunque el sistema operativo no ocupa más de 1 GB y el sitio web estático ocupa unos 30 MB, no tenía sentido económico comprar una tarjeta más pequeña que una Clase 10 de 16 GB.
El servidor se conecta a Internet a través de una conexión doméstica de 100 Mbps en Barcelona y un enrutador de consumo estándar. Se le reserva una dirección IP estática. Casi cualquier persona puede configurar un sitio de este tipo en su apartamento; es necesario cambiar ligeramente la configuración del firewall para reenviar los puertos a la IP local:
Puerto 80 a 80 para HTTP Puerto 443 a 443 para HTTPS Puerto 22 a 22 para SSH
Sistema operativo basado en la distribución y el kernel de Debian , que está diseñado para placas individuales con chips AllWinner.
Un panel solar de 50 vatios para un servidor web y un panel solar de 10 vatios para iluminar el salón del apartamento del autor
Sitio estático generado por el sistema. (generador de sitios en Python). Los sitios estáticos se cargan más rápido y consumen menos CPU, por lo que son mucho más eficientes energéticamente que las páginas generadas dinámicamente. Vea el código fuente del tema. .
Un punto muy importante es la compresión de imágenes, ya que sin esta optimización es casi imposible realizar páginas web de menos de 1 megabyte. Para optimizarlas, se decidió convertir las fotografías en imágenes de medios tonos. Por ejemplo, aquí hay una fotografía de operadoras telefónicas en una centralita en el siglo pasado, .
Y aquí hay una imagen optimizada en escala de grises de tamaño. con tres colores (negro, blanco, gris). Debido a la ilusión óptica, al espectador le parece que hay más de tres colores.
Se eligieron fotografías de medios tonos no sólo para optimizar el tamaño (una decisión bastante dudosa), sino también por razones estéticas. Esta antigua técnica de procesamiento de imágenes tiene ciertas características estilísticas, por lo que el sitio tiene un diseño algo único.
Después de la optimización, 623 ilustraciones en el sitio web de Low-tech Magazine redujeron su tamaño de 194,2 MB a 21,3 MB, es decir, un 89%.
Todos los artículos antiguos se convirtieron a Markdown para facilitar la redacción de artículos nuevos, así como para facilitar la copia de seguridad a través de . Todos los scripts y rastreadores, así como los logotipos, fueron eliminados del sitio. Se utiliza la fuente predeterminada en el navegador del cliente. Como “logotipo” - el nombre de la revista en letras mayúsculas con una flecha hacia la izquierda: LOW←TECH MAGAZINE. Sólo 16 bytes en lugar de una imagen.
En caso de inactividad, se ha organizado la posibilidad de "lectura sin conexión": los textos y las imágenes se exportan a un canal RSS. Se habilita el almacenamiento en caché del 100% del contenido, incluido HTML.
Otra optimización es habilitar la configuración HTTP2 en nginx, lo que reduce ligeramente el tráfico y reduce el tiempo de carga de la página en comparación con HTTP/1.1. La tabla compara los resultados de cinco páginas diferentes.
| | PF | NOSOTROS | SA | 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 | | Imágenes | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | ahorros | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Configuración 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;
}Resultados de 15 meses de trabajo
Para el período comprendido entre el 12 de diciembre de 2018 y el 28 de noviembre de 2019, el servidor mostró . Esto significa que debido al mal tiempo el tiempo de inactividad durante el año fue de 399 horas.
Pero si no se tienen en cuenta los dos últimos meses, el tiempo de actividad fue del 98,2% y el tiempo de inactividad fue de sólo 152 horas, escriben los desarrolladores. El tiempo de actividad cayó al 80 % en los últimos dos meses cuando el consumo de energía aumentó debido a una actualización de software. Todas las noches el sitio dejaba de funcionar durante varias horas.
Según las estadísticas, durante el año (del 3 de diciembre de 2018 al 24 de noviembre de 2019), el consumo eléctrico del servidor fue de 9,53 kWh. Se han registrado pérdidas importantes en el sistema fotovoltaico debido a la conversión de voltaje y la descarga de las baterías. El controlador solar mostró un consumo anual de 18,10 kWh, lo que significa que la eficiencia del sistema es de aproximadamente el 50%.
Diagrama simplificado. No muestra un convertidor de voltaje de 12 a 5 voltios y un medidor de amperios-hora de batería.
Durante el período de estudio, 865 visitantes únicos visitaron el sitio. Incluyendo todas las pérdidas de energía en la instalación solar, el consumo de energía por visitante único fue de 000 Wh. Así, un kilovatio-hora de energía solar generada es suficiente para atender a casi 0,021 visitantes únicos.
Durante el experimento se probaron paneles solares de diferentes tamaños. La tabla muestra cálculos de cuánto tiempo llevará cargar baterías de diferentes capacidades cuando se utilizan paneles solares de diferentes tamaños.
El consumo medio de energía del servidor web durante el primer año, incluidas todas las pérdidas de energía, fue de 1,97 vatios. El cálculo muestra que ejecutar un sitio web durante la noche más corta del año (8 horas 50 minutos, 21 de junio) requiere 17,40 vatios-hora de energía de almacenamiento, y en la noche más larga (14 horas 49 minutos, 21 de diciembre) necesita 29,19 .XNUMX Wh.
Dado que las baterías de plomo-ácido no deben descargarse por debajo de la mitad de su capacidad, el servidor requiere una batería de 60 Wh para sobrevivir la noche más larga con una luz diurna óptima (2x29,19 Wh). Durante la mayor parte del año, el sistema funcionó con una batería de 86,4 Wh y un panel solar de 50 vatios, y luego se logró el mencionado 95-98% de tiempo de actividad.
Tiempo de actividad 100%
Para obtener un 100 % de tiempo de actividad, es necesario aumentar la capacidad de la batería. Para compensar un día de muy mal tiempo (sin una generación de energía significativa), se necesitan 47,28 vatios-hora (24 horas × 1,97 vatios) de almacenamiento.
Desde el 1 de diciembre de 2019 hasta el 12 de enero de 2020, se instaló en el sistema una batería de 168 vatios, que tiene una capacidad de almacenamiento práctica de 84 vatios-hora. Esto es suficiente almacenamiento para mantener el sitio funcionando durante dos noches y un día. La configuración se probó durante el período más oscuro del año, pero el clima era relativamente bueno y durante el período especificado el tiempo de actividad fue del 100%.
Pero para garantizar el 100% de funcionamiento durante varios años, habrá que prever el peor de los casos, cuando el mal tiempo persista durante varios días. El cálculo muestra que para mantener un sitio web en línea durante cuatro días con poca o ninguna generación de energía, se necesitaría una batería de plomo-ácido con una capacidad de 440 vatios-hora, que es el tamaño de una batería de automóvil.
En la práctica, en condiciones climáticas buenas, una batería de plomo-ácido de 48 Wh mantendrá el servidor funcionando durante la noche de marzo a septiembre. Una batería de 24 Wh permitirá que el servidor dure un máximo de 6 horas, por lo que se apagará todas las noches, aunque en diferentes horarios según el mes.
En general, algunos sitios no necesitan funcionar de noche, cuando el número de visitantes es mínimo, dicen los chicos de Low-tech Magazine. Por ejemplo, si se trata de una publicación regional de una ciudad, a la que no llegan visitantes de otras zonas horarias, sino solo residentes locales.
Es decir, para sitios con diferente tráfico y diferente tiempo de actividad, se necesitan baterías de diferentes capacidades y paneles solares de diferentes tamaños.
El autor proporciona un cálculo de cuánta energía se requiere para producción los propios paneles solares (energía incorporada) y cuánto resulta si se divide esta cantidad por la vida útil esperada de 10 años.
De esta forma, es posible calcular el equivalente de combustibles fósiles que se consumen en la producción y funcionamiento de los paneles. La revista Low-tech descubrió que en el primer año de funcionamiento, su sistema (panel de 50 W, batería de 86,4 Wh) “generaba” aproximadamente 9 kg de emisiones, o el equivalente a quemar 3 litros de gasolina: aproximadamente lo mismo que un 50- Años de antigüedad en turismos. Kilómetros recorridos.
Si el servidor no se alimenta de paneles solares, sino de la red eléctrica general, entonces las emisiones equivalentes parecen ser seis veces menores: 1,54 kg (el sector energético español tiene una alta proporción de energías alternativas y centrales nucleares). Pero esta no es una comparación del todo correcta, escribe el autor, porque tiene en cuenta la energía incorporada de la infraestructura solar, pero no tiene en cuenta este indicador para la red energética general, es decir, los costes de su construcción y mantenimiento. .
Futuras mejoras
En el último tiempo, se han llevado a cabo una serie de optimizaciones que han reducido el consumo de energía del servidor. Por ejemplo, en un momento el desarrollador notó que 6,63 TB del total de 11,15 TB de tráfico fueron generados por una implementación incorrecta de un feed RSS que extraía contenido cada pocos minutos. Después de corregir este error, el consumo de energía del servidor (excluyendo las pérdidas de energía) disminuyó de 1,14 W a aproximadamente 0,95 W. La ganancia puede parecer pequeña, pero una diferencia de 0,19 W significa 4,56 vatios-hora por día, lo que corresponde a más de 2,5 horas de duración de la batería del servidor.
Durante el primer año, la eficiencia fue sólo del 50%. Se observaron pérdidas al cargar y descargar la batería (22%), así como al convertir el voltaje de 12 V (sistema solar fotovoltaico) a 5 V (USB), donde las pérdidas alcanzaron hasta el 28%. El desarrollador admite que tiene un convertidor de tensión subóptimo (controlador sin USB incorporado), por lo que puede optimizar este punto o pasar a una instalación solar de 5V.
Para mejorar la eficiencia del almacenamiento de energía, las baterías de plomo-ácido se pueden reemplazar por baterías de iones de litio más caras, que tienen menores pérdidas de carga/descarga (<10%). Ahora el diseñador está considerando un compacto. (CAES), que tiene una vida útil de décadas, lo que supone una menor huella de carbono en su producción.
Acumulador de energía de aire comprimido compacto,
Se está considerando la instalación de una turbina eólica adicional (puede ser ) e instalando un seguidor solar para girar los paneles hacia el sol. El rastreador le permite aumentar la producción de electricidad en un 30%.
Otra forma de aumentar la eficiencia del sistema es escalarlo. Cree más sitios web en el servidor y lance más servidores. Entonces el consumo de energía por sitio disminuirá.
Empresa de alojamiento solar. Ilustración: Diego Marmolejo
Si cubre todo el balcón de su apartamento con paneles solares y abre una empresa de alojamiento web solar, el coste por cliente será significativamente menor que el de un solo sitio web: economías de escala.
En general, este experimento demuestra que, dadas ciertas limitaciones, es completamente posible que la infraestructura informática funcione con fuentes de energía renovables.
En teoría, un servidor de este tipo podría funcionar incluso sin batería si se replicara en otras partes del mundo. Por ejemplo, instale espejos en Nueva Zelanda y Chile. Allí los paneles solares funcionarán cuando sea de noche en Barcelona.
Fuente: habr.com