Ensimmäinen aurinkopalvelimen prototyyppi latausohjaimella. Kuva:
Syyskuussa 2018 innostunut Low-tech Magazinesta . Tavoitteena oli vähentää energiankulutusta niin paljon, että yksi aurinkopaneeli riittäisi kodin itseisännöimään palvelimeen. Tämä ei ole helppoa, koska sivuston on toimittava 24 tuntia vuorokaudessa. Katsotaan mitä lopulta tapahtui.
Voit mennä palvelimelle , tarkista nykyinen virrankulutus ja akun lataustaso. Sivusto on optimoitu vähimmäismäärälle sivulta tulevia pyyntöjä ja minimaalista liikennettä, joten sen pitäisi kestää Habr. Kehittäjän laskelmien mukaan energiankulutus yksittäistä kävijää kohden on 0,021 Wh.
Juuri ennen aamunkoittoa 31. tammikuuta 2020 siinä oli 42 % akun varausta jäljellä. Aamunkoitto Barcelonassa klo 8 paikallista aikaa, jonka jälkeen virran pitäisi virrata aurinkopaneelista.
Miksi?
Kymmenen vuotta sitten asiantuntijat että Internetin kehitys myötävaikuttaa yhteiskunnan "dematerialisoitumiseen", yleismaailmalliseen digitalisaatioon - ja sen seurauksena kokonaisenergiankulutuksen vähenemiseen. He olivat väärässä. Itse asiassa Internet itse vaati , ja nämä määrät kasvavat edelleen.
IT-yritykset ovat käynnistäneet aloitteita siirtyäkseen vaihtoehtoisiin virtalähteisiin, mutta tämä on nyt mahdotonta. Kaikki datakeskukset kuluttavat kolme kertaa enemmän energiaa kuin kaikki maailman aurinko- ja tuulivoimalat tuottavat. Vielä pahempaa on aurinkopaneelien ja tuuliturbiinien tuotanto ja säännöllinen vaihto Siksi on yksinkertaisesti mahdotonta luopua fossiilisista polttoaineista (öljy, kaasu, uraani). Mutta nämä varat eivät kestä kauan, joten joudumme väistämättä miettimään, kuinka elää uusiutuvilla lähteillä. Mukaan lukien tietokoneinfrastruktuurin käyttö, mukaan lukien web-palvelimet.
Low-tech-lehti Web-sivut turpoavat liian nopeasti. Keskimääräinen sivukoko kasvoi vuodesta 2010 vuoteen 2018 , ja mobiilisivustoille - 0,15 - 1,6 Mt, varovainen arvio.
Liikennemäärien kasvu (1 megatavun tiedon siirtämiseen tarvittava energia), mikä lisää jatkuvasti Internetin energiankulutusta. Raskaammat ja kuormitetummat sivustot eivät ainoastaan lisää verkkoinfrastruktuurin kuormitusta, vaan myös lyhentävät tietokoneiden ja älypuhelimien "elinkaaria", joita joudutaan useammin heittämään pois ja valmistamaan uusia, mikä myös .
Ja tietysti lisääntynyt työmäärä syntyy elämäntyylistä itsestään: ihmiset viettävät lähes kaiken aikansa Internetissä ja ovat vahvasti riippuvaisia erilaisista verkkopalveluista. On vaikea kuvitella modernia yhteiskuntaa ilman pilvi-IT-infrastruktuuria (sosiaaliset verkostot, pikaviestit, posti jne.)
Palvelimen ja verkkosivuston määritykset
В Web-palvelimen laitteistokokoonpano ja ohjelmistopino kuvataan yksityiskohtaisesti.
Yksilevyinen tietokone valittu alhaisen virrankulutuksen ja hyödyllisten lisäominaisuuksien, kuten virranhallintasirun, vuoksi . Sen avulla voit pyytää tilastoja nykyisestä jännitteestä ja virrasta kortilta ja akulta. Mikropiiri vaihtaa automaattisesti virran akun ja DC-liittimen välillä, jossa virta kulkee aurinkopaneelista. Näin ollen keskeytymätön virransyöttö palvelimelle akkutuella on mahdollista.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Aluksi akuksi valittiin litiumpolymeeriakku, jonka kapasiteetti oli 6600 mAh (noin 24 Wh), sitten asennettiin lyijyakku, jonka kapasiteetti oli 84,4 Wh.
Käyttöjärjestelmä käynnistyy SD-kortilta. Vaikka käyttöjärjestelmä vie enintään 1 Gt ja staattinen verkkosivusto on noin 30 Mt, ei ollut taloudellisesti järkevää ostaa luokkaa 10 pienempää korttia 16 Gt.
Palvelin muodostaa yhteyden Internetiin Barcelonan 100 Mbps kotiyhteyden ja tavallisen kuluttajareitittimen kautta. Sille on varattu staattinen IP-osoite. Melkein kuka tahansa voi perustaa tällaisen sivuston asuntoonsa; sinun on muutettava hieman palomuuriasetuksia, jotta portit voidaan välittää paikalliseen IP-osoitteeseen:
Portit 80–80 HTTP:lle Portit 443–443 HTTPS:lle Portit 22–22 SSH:lle
Käyttöjärjestelmä perustuu Debian-jakeluun ja ytimeen , joka on suunniteltu yksittäisille levyille, joissa on AllWinner-siruja.
50 watin aurinkopaneeli verkkopalvelimelle ja 10 watin aurinkopaneeli olohuoneen valaistukseen tekijän asunnossa
Järjestelmän luoma staattinen sivusto (sivustogeneraattori Pythonissa). Staattiset sivustot latautuvat nopeammin ja ovat vähemmän prosessoriintensiivisiä, joten ne ovat paljon energiatehokkaampia kuin dynaamisesti luodut sivut. Katso teeman lähdekoodi. .
Erittäin tärkeä asia on kuvan pakkaus, koska ilman tätä optimointia on lähes mahdotonta tehdä alle 1 megatavun kokoisia verkkosivuja. Optimoinnin vuoksi valokuvat päätettiin muuntaa rasterikuviksi. Esimerkiksi tässä on valokuva naispuolisista puhelinoperaattoreista puhelinvaihteessa viime vuosisadalla, .
Ja tässä on optimoitu kokoinen harmaasävykuva kolmella värillä (musta, valkoinen, harmaa). Optisen illuusion vuoksi katsojasta tuntuu, että värejä on enemmän kuin kolme.
Rasterivalokuvat valittiin paitsi koon optimoimiseksi (melko kyseenalainen päätös), myös esteettisistä syistä. Tässä vanhassa kuvankäsittelytekniikassa on tiettyjä tyylillisiä piirteitä, joten sivustolla on hieman ainutlaatuinen muotoilu.
Optimoinnin jälkeen Low-tech Magazine -sivuston 623 kuvituksen koko pieneni 194,2 megatavusta 21,3 megatavuun eli 89 %.
Kaikki vanhat artikkelit muunnettiin Markdowniksi uusien artikkelien kirjoittamisen helpottamiseksi sekä varmuuskopioinnin helpottamiseksi . Kaikki skriptit ja seurantaohjelmat sekä logot poistettiin sivustolta. Käytetään asiakkaan selaimen oletusfonttia. "Logona" - lehden nimi isoilla kirjaimilla ja nuoli vasemmalle: LOW←TECH MAGAZINE. Vain 16 tavua kuvan sijaan.
Katkosten varalta on järjestetty mahdollisuus "offline-lukemiseen": tekstit ja kuvat viedään RSS-syötteeseen. 100 % sisällön välimuisti on käytössä, mukaan lukien HTML.
Toinen optimointi on HTTP2-asetusten käyttöönotto nginxissä, mikä vähentää hieman liikennettä ja lyhentää sivun latausaikaa HTTP/1.1:een verrattuna. Taulukko vertailee tuloksia viidellä eri sivulla.
| | FP | ME | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|-------|------- -| | HTTP/1.1 | 1.46s | 1.87s | 1.54s | 1.86s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30s | 1.49s | 1.54s | 1.79s | 1.55s | | Kuvat | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | säästöjä | 11 % | 21 % | 0 % | 4 % | 18 % |
Täysi nginx-kokoonpano:
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 kuukauden työn tulokset
12 - 2018 välisenä aikana palvelin näytti . Tämä tarkoittaa, että huonosta säästä johtuen vuoden seisokkiaika oli 399 tuntia.
Mutta jos et ota huomioon viimeisiä kahta kuukautta, käyttöaika oli 98,2%, ja seisokkiaika oli vain 152 tuntia, kehittäjät kirjoittavat. Käyttöaika putosi 80 prosenttiin viimeisen kahden kuukauden aikana, kun virrankulutus kasvoi ohjelmistopäivityksen vuoksi. Joka ilta sivusto katosi useiksi tunteiksi.
Tilastojen mukaan vuoden (3 - 2018 välisenä aikana) palvelimen sähkönkulutus oli 24 kWh. Aurinkosähköjärjestelmässä on havaittu merkittäviä häviöitä jännitteen muuntamisen ja akun purkauksen vuoksi. Aurinkosäätimen vuosikulutus oli 2019 kWh, mikä tarkoittaa, että järjestelmän hyötysuhde on noin 9,53 %.
Yksinkertaistettu kaavio. Se ei näytä jännitteenmuunninta 12-5 volttia ja akun ampeerituntimittaria
Tutkimusjakson aikana sivustolla vieraili 865 000 ainutlaatuista kävijää. Kaikki aurinkosähköasennuksen energiahäviöt mukaan lukien energiankulutus yksittäistä kävijää kohden oli 0,021 Wh. Näin yksi kilowattitunti aurinkoenergiaa riittää palvelemaan lähes 50 000 kävijää.
Kokeen aikana testattiin erikokoisia aurinkopaneeleja. Taulukossa on laskelmia siitä, kuinka kauan eri kapasiteetin akkujen lataaminen kestää, kun käytetään erikokoisia aurinkopaneeleja.
Verkkopalvelimen keskimääräinen virrankulutus ensimmäisen vuoden aikana, mukaan lukien kaikki energiahäviöt, oli 1,97 wattia. Laskelma osoittaa, että verkkosivuston ylläpitäminen yön yli vuoden lyhimpänä yönä (8 tuntia 50 minuuttia, 21. kesäkuuta) vaatii 17,40 wattituntia tallennustehoa ja pisimpään yönä (14 tuntia 49 minuuttia, 21. joulukuuta) tarvitset 29,19 wattituntia. .XNUMX Wh.
Koska lyijyakkujen ei pitäisi purkaa alle puolet kapasiteetista, palvelin tarvitsee 60 Wh akun selviytyäkseen pisimmästä yöstä optimaalisella päivävalolla (2x29,19 Wh). Suurimman osan vuodesta järjestelmä toimi 86,4 Wh akulla ja 50 watin aurinkopaneelilla, ja sitten saavutettiin edellä mainittu 95-98 % käytettävyys.
Käyttöaika 100 %
Jotta käyttöaika olisi 100 %, akun kapasiteettia on lisättävä. Yhden päivän erittäin huonon sään kompensoimiseksi (ilman merkittävää sähköntuotantoa) tarvitaan 47,28 wattituntia (24 tuntia × 1,97 wattia) tallennustilaa.
1-2019 järjestelmään asennettiin 12 watin akku, jonka käytännöllinen tallennuskapasiteetti on 2020 wattituntia. Tämä riittää pitämään sivuston käynnissä kaksi yötä ja yksi päivä. Kokoonpano testattiin vuoden pimeimpään aikaan, mutta sää oli suhteellisen hyvä - ja määritellyllä ajanjaksolla käyttöaika oli 168%.
Mutta 100 % käytettävyyden takaamiseksi useiden vuosien ajan, sinun on varauduttava pahimpaan mahdolliseen skenaarioon, kun huono sää jatkuu useita päiviä. Laskelma osoittaa, että verkkosivuston pitämiseen verkossa neljän päivän ajan vähäisellä energiantuotannolla tai ilman energiantuotantoa tarvitaan lyijyakku, jonka kapasiteetti on 440 wattituntia, joka on auton akun kokoinen.
Käytännössä hyvissä sääolosuhteissa 48 Wh:n lyijyakku pitää palvelimen käynnissä yön yli maaliskuusta syyskuuhun. 24 Wh:n akku kestää palvelimella enintään 6 tuntia, mikä tarkoittaa, että se sammuu joka yö, vaikkakin eri aikoina kuukaudesta riippuen.
Yleisesti ottaen joidenkin sivustojen ei tarvitse työskennellä yöllä, kun kävijämäärä on minimaalinen, sanovat Low-tech Magazinen kaverit. Esimerkiksi, jos tämä on alueellinen kaupunkijulkaisu, johon ei tule vieraita muilta aikavyöhykkeiltä, vaan vain paikalliset asukkaat.
Toisin sanoen kohteille, joilla on erilainen liikenne ja käyttöaika, tarvitaan eri kapasiteetin akkuja ja erikokoisia aurinkopaneeleja.
Kirjoittaja antaa laskelman siitä, kuinka paljon energiaa tarvitaan tuotanto itse aurinkopaneelit (kehittynyt energia) ja kuinka paljon siitä tulee, jos jaat tämän määrän odotetulla 10 vuoden käyttöiällä.
Tällä tavoin voidaan laskea fossiilisten polttoaineiden ekvivalentti, joka kuluu paneelien valmistuksessa ja käytössä. Low-tech Magazine havaitsi, että ensimmäisenä toimintavuotena niiden järjestelmä (50 W paneeli, 86,4 Wh akku) "tuotti" noin 9 kg päästöjä, mikä vastaa 3 litran bensiinin polttamista: suunnilleen saman verran kuin 50- vuotta vanha henkilöauto km ajettu.
Jos palvelin ei saa virtaa aurinkopaneeleista, vaan yleisestä sähköverkosta, vastaavat päästöt näyttävät olevan kuusi kertaa pienemmät: 1,54 kg (Espanjan energiasektorilla on korkea vaihtoehtoisten energialähteiden ja ydinvoimaloiden osuus). Mutta tämä ei ole täysin oikea vertailu, kirjoittaja kirjoittaa, koska se ottaa huomioon aurinkoinfrastruktuurin sisältämän energian, mutta ei ota huomioon tätä yleisen energiaverkon indikaattoria, eli sen rakentamis- ja tukikustannuksia. .
Lisää parannuksia
Viime aikoina on tehty useita optimointeja, jotka ovat vähentäneet palvelimen virrankulutusta. Esimerkiksi jossain vaiheessa kehittäjä huomasi, että 6,63 Tt 11,15 Tt liikenteestä syntyi yhdestä virheellisestä RSS-syötteen toteutuksesta, joka veti sisältöä muutaman minuutin välein. Tämän vian korjaamisen jälkeen palvelimen virrankulutus (ilman energiahäviöitä) laski 1,14 watista noin 0,95 wattiin. Vahvistus saattaa tuntua pieneltä, mutta 0,19 W:n ero tarkoittaa 4,56 wattituntia päivässä, mikä vastaa yli 2,5 tunnin akun kestoa palvelimelle.
Ensimmäisen vuoden aikana tehokkuus oli vain 50 %. Häviöitä havaittiin ladattaessa ja purettaessa akkua (22 %) sekä muunnettaessa jännite 12 V:sta (aurinkosähköjärjestelmä) 5 V:ksi (USB), jossa häviöt olivat jopa 28 %. Kehittäjä myöntää, että hänellä on alioptimaalinen jännitemuunnin (ohjain ilman sisäänrakennettua USB:tä), joten voit optimoida tämän pisteen tai vaihtaa 5 V aurinkoasennukseen.
Energian varastoinnin tehokkuuden parantamiseksi lyijyakut voidaan korvata kalliimmilla litiumioniakuilla, joiden lataus-/purkaushäviöt ovat pienemmät (<10 %). Nyt suunnittelija harkitsee kompaktia (CAES), jonka elinikä on vuosikymmeniä, mikä tarkoittaa pienempää hiilijalanjälkeä sen tuotannossa.
Kompakti paineilmaenergiaakku,
Lisätuuliturbiinin asennusta harkitaan (voi olla ) ja aurinkoseurantalaitteen asentaminen paneelien kääntämiseksi aurinkoa kohti. Trackerin avulla voit lisätä sähköntuotantoa 30%.
Toinen tapa lisätä järjestelmän tehokkuutta on skaalata sitä. Kasvata lisää verkkosivustoja palvelimelle ja käynnistä lisää palvelimia. Silloin energiankulutus kohdetta kohden pienenee.
Aurinkoenergian hosting-yritys. Kuvitus: Diego Marmolejo
Jos peität koko asunnon parvekkeen aurinkopaneeleilla ja avaat aurinkoenergian web-hosting-yrityksen, asiakaskohtaiset kustannukset ovat huomattavasti pienemmät kuin yksittäisellä verkkosivustolla: mittakaavaetuja.
Kaiken kaikkiaan tämä kokeilu osoittaa, että tietyillä rajoituksilla tietokoneinfrastruktuurin on täysin mahdollista toimia uusiutuvilla energialähteillä.
Teoriassa tällainen palvelin voisi pärjätä jopa ilman akkua, jos se peilattaisiin muualla maailmassa. Asenna esimerkiksi peilit Uuteen-Seelantiin ja Chileen. Siellä aurinkopaneelit toimivat, kun Barcelonassa on yö.
Lähde: will.com