Esimene laadimiskontrolleriga päikeseserveri prototüüp. Foto:
Septembris 2018 entusiast ajakirjast Low-tech Magazine . Eesmärk oli vähendada energiatarbimist nii palju, et koduse isehostitava serveri jaoks piisaks ühest päikesepaneelist. See pole lihtne, sest sait peab töötama 24 tundi ööpäevas. Vaatame, mis lõpuks juhtus.
Võite minna serverisse , kontrollige praegust energiatarbimist ja aku laetuse taset. Sait on optimeeritud minimaalse arvu päringute jaoks lehelt ja minimaalse liiklusega, nii et see peaks vastu pidama Habri liikluse suurenemisele. Arendaja arvutuste kohaselt on energiakulu ühe unikaalse külastaja kohta 0,021 Wh.
Vahetult enne koitu 31. jaanuaril 2020 oli sellel 42% akut. Koit Barcelonas kell 8:04 kohaliku aja järgi, pärast mida peaks vool päikesepaneelist voolama.
Miks?
Kümme aastat tagasi eksperdid et Interneti areng aitab kaasa ühiskonna “dematerialiseerumisele”, universaalsele digitaliseerumisele – ja selle tulemusena ka üldise energiatarbimise vähenemisele. Nad eksisid. Tegelikult nõudis Internet ise ja need mahud kasvavad jätkuvalt.
IT-ettevõtted on käivitanud algatused alternatiivsetele toiteallikatele üleminekuks, kuid see on nüüd võimatu. Kõik andmekeskused tarbivad kolm korda rohkem energiat kui kõik maailma päikese- ja tuulepaigaldised toodavad. Veelgi hullem, päikesepaneelide ja tuulegeneraatorite tootmine ja regulaarne väljavahetamine Seetõttu on tänapäeval lihtsalt võimatu loobuda fossiilkütustest (nafta, gaas, uraan). Kuid neid varusid ei jätku kauaks, seega peame paratamatult mõtlema, kuidas taastuvatest allikatest ära elada. Sealhulgas arvutitaristu, sealhulgas veebiserverite käitamine.
Madaltehnoloogiline ajakiri Veebilehed paisuvad liiga kiiresti üles. Keskmine lehe suurus kasvas 2010. aastast 2018. aastani , ja mobiilisaitide puhul – 0,15 MB kuni 1,6 MB, konservatiivne hinnang.
Liiklusmahtude kasv (1 megabaidi teabe edastamiseks vajalik energia), mis põhjustab Interneti energiatarbimise pidevat kasvu. Raskemad ja rohkem koormatud saidid mitte ainult ei suurenda võrgu infrastruktuuri koormust, vaid lühendavad ka arvutite ja nutitelefonide "elutsüklit", mida tuleb sagedamini välja visata ja uusi toota, mis ka .
Ja loomulikult tekitab suurenenud töökoormus elustiil ise: inimesed veedavad peaaegu kogu oma aja Internetis ja sõltuvad suuresti erinevatest veebiteenustest. Kaasaegset ühiskonda on juba raske ette kujutada ilma pilve IT-taristuta (sotsiaalvõrgustikud, kiirsõnumid, post jne).
Serveri ja veebisaidi konfiguratsioon
В Üksikasjalikult kirjeldatakse veebiserveri riistvara konfiguratsiooni ja tarkvara pinu.
Ühe pardaarvuti valitud väikese energiatarbimise ja kasulike lisafunktsioonide, näiteks toitehalduskiibi, jaoks . See võimaldab teil küsida statistikat plaadi ja aku praeguse pinge ja voolu kohta. Mikroskeem lülitab automaatselt voolu aku ja alalisvoolu pistiku vahel, kuhu vool voolab päikesepaneelist. Seega on võimalik akutoega serveri katkematu toide.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Algselt valiti akuks liitium-polümeeraku mahuga 6600 mAh (umbes 24 Wh), seejärel paigaldati 84,4 Wh mahutavusega pliiaku.
Operatsioonisüsteem käivitub SD-kaardilt. Kuigi OS ei võta rohkem kui 1 GB ja staatiline veebisait on umbes 30 MB, ei olnud majanduslikult mõtet osta kaarti, mis on väiksem kui Class 10 16 GB.
Server ühendub Internetti Barcelonas asuva 100Mbps koduühenduse ja tavalise tarbijaruuteri kaudu. Selle jaoks on reserveeritud staatiline IP-aadress. Peaaegu igaüks saab oma korteris sellise saidi seadistada; pordide kohalikule IP-le edastamiseks peate tulemüüri sätteid veidi muutma:
Port 80 kuni 80 HTTP jaoks Port 443 kuni 443 HTTPS-i jaoks Port 22 kuni 22 SSH jaoks
Operatsioonisüsteem põhineb Debiani distributsioonil ja kernelil , mis on mõeldud AllWinner kiipidega üksikplaatidele.
50-vatine päikesepaneel veebiserveri jaoks ja 10-vatine päikesepaneel autorikorteri elutoa valgustamiseks
Süsteemi loodud staatiline sait (saidi generaator Pythonis). Staatilised saidid laaditakse kiiremini ja on vähem protsessorimahukad, seega on need palju energiasäästlikumad kui dünaamiliselt loodud lehed. Vaadake teema lähtekoodi. .
Väga oluline punkt on piltide tihendamine, kuna ilma selle optimeerimiseta on peaaegu võimatu teha veebilehti, mis on väiksemad kui 1 megabaid. Optimeerimiseks otsustati fotod teisendada pooltoonipiltideks. Näiteks siin on foto naistelefonioperaatoritest elektrikilbil eelmisel sajandil, .
Ja siin on optimeeritud halltoonides pilt kolme värviga (must, valge, hall). Vaatajale tundub optilise illusiooni tõttu, et värve on rohkem kui kolm.
Pooltoonilised fotod ei valitud mitte ainult suuruse optimeerimiseks (üsna kahtlane otsus), vaid ka esteetilistel põhjustel. Sellel vanal pilditöötlustehnikal on teatud stiililised omadused, nii et saidil on mõnevõrra ainulaadne kujundus.
Pärast optimeerimist vähenes Low-tech Magazine'i veebisaidi 623 illustratsiooni maht 194,2 MB-lt 21,3 MB-le ehk 89%.
Kõik vanad artiklid muudeti Markdowniks, et hõlbustada uute artiklite kirjutamist ja ka varundamise hõlbustamiseks . Kõik skriptid ja jälgijad, samuti logod eemaldati saidilt. Kasutatakse kliendi brauseri vaikefonti. Logona - ajakirja nimi suurtähtedega koos noolega vasakule: LOW←TECH MAGAZINE. Pildi asemel vaid 16 baiti.
Seisakute korral on korraldatud “offline lugemise” võimalus: tekstid ja pildid eksporditakse RSS-kanalisse. 100% sisu, sealhulgas HTML-i vahemällu salvestamine on lubatud.
Teine optimeerimine on HTTP2 sätete lubamine nginxis, mis vähendab veidi liiklust ja lühendab lehe laadimisaega võrreldes HTTP/1.1-ga. Tabelis võrreldakse viie erineva lehe tulemusi.
| | FP | MEIE | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46 s | 1.87 s | 1.54 s | 1.86 s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30s | 1.49 s | 1.54 s | 1.79 s | 1.55 s | | Pildid | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | kokkuhoid | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Nginxi täielik konfiguratsioon:
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;
}15 kuu töö tulemused
Perioodil 12. detsember 2018 kuni 28. november 2019 näitas server . See tähendab, et halbade ilmastikuolude tõttu oli aasta seisak 399 tundi.
Kui aga viimast kahte kuud mitte arvestada, oli tööaeg 98,2% ja seisakuid vaid 152 tundi, kirjutavad arendajad. Tööaeg langes viimase kahe kuu jooksul 80%-ni, kui energiatarve tarkvarauuenduse tõttu suurenes. Igal õhtul läks sait mitmeks tunniks alla.
Aasta (3. detsember 2018 kuni 24. november 2019) statistika järgi oli serveri elektritarbimine 9,53 kWh. Fotogalvaanilises süsteemis on registreeritud olulisi kadusid pinge muundamise ja aku tühjenemise tõttu. Päikesekontroller näitas aastatarbimist 18,10 kWh, mis tähendab, et süsteemi efektiivsus on umbes 50%.
Lihtsustatud diagramm. See ei näita pingemuundurit 12-5 volti ja aku ampertunnimõõtjat
Uuringuperioodi jooksul külastas saiti 865 000 unikaalset külastajat. Arvestades kõiki päikesepaigaldise energiakadusid, oli energiakulu ühe unikaalse külastaja kohta 0,021 Wh. Seega piisab ühest toodetud kilovatt-tunnist päikeseenergiast ligi 50 000 unikaalse külastaja teenindamiseks.
Katse käigus katsetati erineva suurusega päikesepaneele. Tabelis on arvutused selle kohta, kui kaua kulub erineva võimsusega akude laadimiseks erineva suurusega päikesepaneelide kasutamisel.
Veebiserveri keskmine voolutarve esimese aasta jooksul koos kõigi energiakadudega oli 1,97 vatti. Arvutus näitab, et veebisaidi üleöö käitamine aasta lühimal ööl (8 tundi 50 minutit, 21. juunil) nõuab 17,40 vatt-tundi salvestusvõimsust ja pikimal ööl (14 tundi 49 minutit, 21. detsember) 29,19 vatt-tundi. .XNUMX Wh.
Kuna pliiakud ei tohiks tühjeneda alla poole võimsusega, vajab server 60 Wh akut, et optimaalse päevavalgusega (2x29,19 Wh) pikima öö üle elada. Suure osa aastast töötas süsteem 86,4 Wh aku ja 50-vatise päikesepaneeliga ning siis saavutati eelmainitud 95-98% tööaeg.
Tööaeg 100%
100% tööajaks on vaja aku mahtuvust suurendada. Ühe päeva väga halva ilma (ilma märkimisväärse energiatootmiseta) kompenseerimiseks on vaja 47,28 vatt-tundi (24 tundi × 1,97 vatti) salvestusruumi.
Alates 1. detsembrist 2019 kuni 12. jaanuarini 2020 paigaldati süsteemi 168-vatine aku, mille praktiline mälumaht on 84 vatt-tundi. See on piisav salvestusruum, et sait töötab kaks ööd ja üks päev. Konfiguratsiooni testiti aasta pimedamal perioodil, kuid ilm oli suhteliselt hea - ja määratud perioodi jooksul oli tööaeg 100%.
Kuid selleks, et tagada 100% tööaeg mitmeks aastaks, peate ette nägema halvima stsenaariumi, kui halb ilm püsib mitu päeva. Arvestus näitab, et veebilehe neli päeva madala energiatootmisega või ilma energiatootmiseta veebis hoidmiseks oleks vaja 440 vatt-tunni võimsusega pliiakut, mis on autoaku suurune.
Praktikas hoiab heade ilmastikutingimuste korral serveri öö läbi märtsist septembrini töös 48 Wh pliiaku. 24 Wh aku kestab serveris maksimaalselt 6 tundi, mis tähendab, et see lülitub igal õhtul välja, kuigi olenevalt kuust erinevatel aegadel.
Üldiselt ei pea mõned saidid öösel töötama, kui külastajate arv on minimaalne, ütlevad Low-tech Magazine'i poisid. Näiteks kui tegemist on piirkondliku linnaväljaandega, kuhu ei tule külastajad teistest ajavöönditest, vaid ainult kohalikud elanikud.
See tähendab, et erineva liiklusega ja erineva tööajaga objektide jaoks on vaja erineva võimsusega akusid ja erineva suurusega päikesepaneele.
Autor esitab arvutuse, kui palju energiat kulub tootmine päikesepaneelid ise (kehastatud energia) ja kui palju see välja tuleb, kui jagada see summa eeldatava 10-aastase kasutuseaga.
Nii on võimalik välja arvutada fossiilkütuste ekvivalent, mis kulub paneelide tootmisel ja käitamisel. Low-tech Magazine leidis, et esimesel tööaastal tekitas nende süsteem (50 W paneel, 86,4 Wh aku) ligikaudu 9 kg emissioone ehk samaväärselt 3 liitri bensiini põletamist: umbes sama palju kui 50-liitrine bensiin. aastane sõiduauto km läbisõit.
Kui serverit toidetakse mitte päikesepaneelidest, vaid üldisest elektrivõrgust, siis samaväärsed heitkogused tunduvad olevat kuus korda väiksemad: 1,54 kg (Hispaania energiasektoris on suur alternatiivenergia ja tuumajaamade osakaal). Kuid see pole täiesti õige võrdlus, kirjutab autor, sest see võtab arvesse päikesetaristu kehastavat energiat, kuid ei võta seda üldise energiavõrgu näitajat, see tähendab selle ehitamise ja toetamise kulusid. .
Edasised täiustused
Viimase aja jooksul on tehtud mitmeid optimeerimisi, mis on vähendanud serveri energiatarbimist. Näiteks ühel hetkel märkas arendaja, et 6,63 TB kogu 11,15 TB liiklusest tekkis ühest valest RSS-kanalist, mis tõmbas sisu iga paari minuti järel. Pärast selle vea parandamist vähenes serveri energiatarve (ilma energiakadudeta) 1,14 W-lt ligikaudu 0,95 W-ni. Võidu võib tunduda väike, kuid erinevus 0,19 W tähendab 4,56 vatt-tundi päevas, mis vastab serveri aku kestvusele enam kui 2,5 tundi.
Esimesel aastal oli efektiivsus vaid 50%. Kadusid täheldati aku laadimisel ja tühjendamisel (22%), samuti pinge konverteerimisel 12 V-lt (päikeseenergiasüsteem) 5 V-le (USB), kus kaod olid kuni 28%. Arendaja tunnistab, et tal on ebaoptimaalne pingemuundur (kontroller ilma sisseehitatud USB-ta), nii et saate seda punkti optimeerida või lülituda 5 V päikesepatareile.
Energia salvestamise tõhususe parandamiseks võib pliiakud asendada kallimate liitiumioonakudega, mille laadimis- ja tühjenemiskaod on väiksemad (<10%). Nüüd kaalub disainer kompaktset (CAES), mille eluiga on aastakümneid, mis tähendab väiksemat süsiniku jalajälge selle tootmisel.
Kompaktne suruõhuenergia akumulaator,
Kaalumisel on lisatuuliku paigaldamine (võib ) ja päikesejälgija paigaldamine paneelide pööramiseks päikese poole. Jälgija võimaldab suurendada elektritoodangut 30%.
Teine võimalus süsteemi tõhususe suurendamiseks on selle skaleerimine. Tõstke serverisse rohkem veebisaite ja käivitage rohkem servereid. Siis väheneb energiatarbimine objekti kohta.
Päikeseenergia hosting ettevõte. Illustratsioon: Diego Marmolejo
Kui katate kogu oma korteri rõdu päikesepaneelidega ja avate päikeseenergia veebimajutusettevõtte, on kulu kliendi kohta oluliselt madalam kui ühe veebisaidi puhul: mastaabisääst.
Üldiselt näitab see katse, et teatud piiranguid arvestades on arvutitaristul täiesti võimalik töötada taastuvatel energiaallikatel.
Teoreetiliselt saaks selline server isegi ilma akuta hakkama, kui seda mujal maailmas peegeldada. Näiteks paigaldage peeglid Uus-Meremaal ja Tšiilis. Seal hakkavad päikesepaneelid töötama, kui Barcelonas on öö.
Allikas: www.habr.com