Le premier prototype de serveur solaire avec contrôleur de charge. Photo:
En septembre 2018, un passionné de Low-tech Magazine . L’objectif était de réduire tellement la consommation d’énergie qu’un seul panneau solaire suffirait pour un serveur auto-hébergé à domicile. Ce n’est pas simple, car le chantier doit fonctionner 24h/XNUMX. Voyons ce qui s'est passé à la fin.
Vous pouvez aller sur le serveur , vérifiez la consommation électrique actuelle et le niveau de charge de la batterie. Le site est optimisé pour un nombre minimum de requêtes de la page et un trafic minimal, il devrait donc résister à une augmentation du trafic de Habr. Selon les calculs du développeur, la consommation d’énergie par visiteur unique est de 0,021 Wh.
Juste avant l’aube du 31 janvier 2020, il lui restait 42 % de batterie. Aube à Barcelone à 8h04 heure locale, après quoi le courant devrait provenir du panneau solaire.
Pourquoi?
Il y a dix ans, les experts que le développement d'Internet contribue à la « dématérialisation » de la société, à la numérisation universelle – et, par conséquent, à une réduction de la consommation globale d'énergie. Ils avaient tord. En fait, Internet lui-même exigeait , et ces volumes continuent de croître.
Les sociétés informatiques ont lancé des initiatives pour passer à des sources d’énergie alternatives, mais cela est désormais impossible. Tous les centres de données consomment trois fois plus d’énergie que n’en génèrent toutes les installations solaires et éoliennes du monde. Pire encore, la production et le remplacement régulier de panneaux solaires et d'éoliennes Il est donc tout simplement impossible aujourd’hui d’abandonner les combustibles fossiles (pétrole, gaz, uranium). Mais ces réserves ne dureront pas longtemps, nous devrons donc inévitablement réfléchir à la manière de vivre de sources renouvelables. Y compris l’exploitation de l’infrastructure informatique, notamment des serveurs web.
Magazine low-tech Les pages Web se gonflent trop rapidement. La taille moyenne des pages a augmenté de 2010 à 2018 , et pour les sites mobiles - de 0,15 Mo à 1,6 Mo, une estimation prudente.
Augmentation des volumes de trafic (l'énergie nécessaire pour transmettre 1 mégaoctet d'informations), ce qui entraîne une augmentation constante de la consommation énergétique d'Internet. Des sites plus lourds et plus chargés augmentent non seulement la charge sur l'infrastructure réseau, mais raccourcissent également le « cycle de vie » des ordinateurs et des smartphones, qui doivent être jetés plus souvent et de nouveaux produits, ce qui également .
Et bien sûr, l’augmentation de la charge de travail est créée par le mode de vie lui-même : les gens passent presque tout leur temps sur Internet et dépendent fortement de divers services Web. Il est déjà difficile d’imaginer une société moderne sans infrastructure informatique cloud (réseaux sociaux, messageries instantanées, courrier, etc.)
Configuration serveur et site internet
В La configuration matérielle et la pile logicielle du serveur Web sont décrites en détail.
Ordinateur monocarte choisi pour sa faible consommation d'énergie et ses fonctionnalités supplémentaires utiles telles que la puce de gestion de l'énergie . Il vous permet de demander des statistiques sur la tension et le courant actuels de la carte et de la batterie. Le microcircuit commute automatiquement l'alimentation entre la batterie et le connecteur DC, où le courant circule depuis le panneau solaire. Ainsi, une alimentation électrique ininterrompue du serveur avec prise en charge de la batterie est possible.
Olimex Olinuxino A20 Citron Vert 2
Initialement, une batterie lithium-polymère d'une capacité de 6600 24 mAh (environ 84,4 Wh) a été choisie comme batterie, puis une batterie au plomb d'une capacité de XNUMX Wh a été installée.
Le système d'exploitation démarre à partir de la carte SD. Bien que le système d'exploitation n'occupe pas plus de 1 Go et que le site Web statique fasse environ 30 Mo, il n'y avait aucun sens économique à acheter une carte plus petite qu'une classe 10 de 16 Go.
Le serveur se connecte à Internet via une connexion domestique de 100 Mbps à Barcelone et un routeur grand public standard. Une adresse IP statique lui est réservée. Presque tout le monde peut installer un tel site dans son appartement ; vous devez modifier légèrement les paramètres du pare-feu pour transférer les ports vers l'IP locale :
Ports 80 à 80 pour HTTP Ports 443 à 443 pour HTTPS Ports 22 à 22 pour SSH
Système d'exploitation basé sur la distribution et le noyau Debian , conçu pour les cartes uniques équipées de puces AllWinner.
Un panneau solaire de 50 watts pour un serveur web et un panneau solaire de 10 watts pour éclairer le salon de l'appartement de l'auteur
Site statique généré par le système (générateur de site en Python). Les sites statiques se chargent plus rapidement et consomment moins de CPU, ils sont donc beaucoup plus économes en énergie que les pages générées dynamiquement. Voir le code source du thème. .
Un point très important est la compression des images, car sans cette optimisation, il est presque impossible de créer des pages Web inférieures à 1 mégaoctet. Pour optimisation, il a été décidé de convertir les photographies en images en demi-teintes. Par exemple, voici une photographie de femmes téléphonistes sur un standard au siècle dernier, .
Et voici une image optimisée en niveaux de gris de taille avec trois couleurs (noir, blanc, gris). En raison de l'illusion d'optique, il semble au spectateur qu'il existe plus de trois couleurs.
Les photographies en demi-teintes ont été choisies non seulement pour optimiser la taille (une décision plutôt douteuse), mais aussi pour des raisons esthétiques. Cette ancienne technique de traitement d’image présente certaines caractéristiques stylistiques, le site présente donc un design quelque peu unique.
Après optimisation, la taille des 623 illustrations du site Low-tech Magazine a diminué de 194,2 Mo à 21,3 Mo, soit de 89 %.
Tous les anciens articles ont été convertis en Markdown pour faciliter la rédaction de nouveaux articles, ainsi que pour faciliter la sauvegarde via . Tous les scripts et trackers, ainsi que les logos, ont été supprimés du site. La police par défaut du navigateur du client est utilisée. En guise de « logo » - le nom du magazine en lettres majuscules avec une flèche vers la gauche : LOW←TECH MAGAZINE. Seulement 16 octets au lieu d'une image.
En cas d'indisponibilité, la possibilité de « lecture hors ligne » a été organisée : les textes et images sont exportés vers un flux RSS. La mise en cache de 100 % du contenu est activée, y compris HTML.
Une autre optimisation consiste à activer les paramètres HTTP2 dans nginx, ce qui réduit légèrement le trafic et le temps de chargement des pages par rapport à HTTP/1.1. Le tableau compare les résultats pour cinq pages différentes.
| | PF | NOUS | HS | FW | CC | |--------------|-------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46 s | 1.87s | 1.54 s | 1.86 s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30h1.49 | 1.54 s | 1.79 s | 1.55 s | 9s | | Images | 21 | 11 | 19 | 23 | 11 | | économies | 21% | 0% | 4% | 18% | XNUMX% |
Configuration complète 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;
}Résultats de 15 mois de travail
Pour la période du 12 décembre 2018 au 28 novembre 2019, le serveur a affiché . Cela signifie qu'en raison du mauvais temps, le temps d'arrêt pour l'année a été de 399 heures.
Mais si l'on ne prend pas en compte les deux derniers mois, la disponibilité était de 98,2% et le temps d'arrêt n'était que de 152 heures, écrivent les développeurs. La disponibilité a chuté à 80 % au cours des deux derniers mois lorsque la consommation électrique a augmenté en raison d'une mise à jour logicielle. Chaque nuit, le site était indisponible pendant plusieurs heures.
Selon les statistiques, pour l'année (du 3 décembre 2018 au 24 novembre 2019), la consommation électrique du serveur était de 9,53 kWh. Des pertes importantes dans le système photovoltaïque dues à la conversion de tension et à la décharge de la batterie ont été enregistrées. Le contrôleur solaire a affiché une consommation annuelle de 18,10 kWh, ce qui signifie que l'efficacité du système est d'environ 50 %.
Schéma simplifié. Il ne montre pas de convertisseur de tension de 12 à 5 volts ni d'ampère-heure de batterie.
Durant la période d'étude, 865 000 visiteurs uniques ont visité le site. En incluant toutes les pertes d'énergie dans l'installation solaire, la consommation d'énergie par visiteur unique était de 0,021 Wh. Ainsi, un kilowattheure d’énergie solaire produit suffit à desservir près de 50 000 visiteurs uniques.
Au cours de l'expérience, des panneaux solaires de différentes tailles ont été testés. Le tableau montre les calculs du temps qu'il faudra pour charger des batteries de différentes capacités lors de l'utilisation de panneaux solaires de différentes tailles.
La consommation électrique moyenne du serveur Web au cours de la première année, toutes pertes d'énergie comprises, était de 1,97 watts. Le calcul montre que faire fonctionner un site Web pendant la nuit la plus courte de l'année (8 heures 50 minutes, le 21 juin) nécessite 17,40 wattheures de puissance de stockage, et lors de la nuit la plus longue (14 heures 49 minutes, le 21 décembre), vous en avez besoin de 29,19. .XNUMX Wh.
Étant donné que les batteries au plomb ne doivent pas se décharger en dessous de la moitié de leur capacité, le serveur nécessite une batterie de 60 Wh pour survivre la nuit la plus longue avec un éclairage diurne optimal (2 x 29,19 Wh). Pendant la majeure partie de l'année, le système a fonctionné avec une batterie de 86,4 Wh et un panneau solaire de 50 watts, puis la disponibilité de 95 à 98 % susmentionnée a été atteinte.
Disponibilité 100 %
Pour une disponibilité de 100 %, il est nécessaire d’augmenter la capacité de la batterie. Pour compenser une journée de très mauvais temps (sans production d’électricité significative), 47,28 wattheures (24 heures × 1,97 watts) de stockage sont nécessaires.
Du 1er décembre 2019 au 12 janvier 2020, une batterie de 168 watts a été installée dans le système, qui a une capacité de stockage pratique de 84 wattheures. C'est suffisamment de stockage pour faire fonctionner le site pendant deux nuits et un jour. La configuration a été testée pendant la période la plus sombre de l'année, mais la météo était relativement clémente et sur la période spécifiée, la disponibilité était de 100 %.
Mais pour garantir une disponibilité à 100 % pendant plusieurs années, il faudra prévoir le pire des cas, lorsque les intempéries persistent plusieurs jours. Le calcul montre que pour maintenir un site Web en ligne pendant quatre jours avec une production d’énergie faible ou nulle, vous auriez besoin d’une batterie au plomb d’une capacité de 440 wattheures, soit la taille d’une batterie de voiture.
En pratique, par beau temps, une batterie au plomb de 48 Wh assurera le fonctionnement du serveur toute la nuit, de mars à septembre. Une batterie de 24 Wh durera au maximum 6 heures sur le serveur, ce qui signifie qu'il s'éteindra toutes les nuits, mais à des moments différents selon les mois.
Dans l'ensemble, certains sites n'ont pas besoin de fonctionner la nuit, lorsque le nombre de visiteurs est minime, disent les gars de Low-tech Magazine. Par exemple, s'il s'agit d'une publication d'une ville régionale, où ne viennent pas les visiteurs d'autres fuseaux horaires, mais uniquement les résidents locaux.
Autrement dit, pour les sites avec un trafic et une disponibilité différents, des batteries de différentes capacités et des panneaux solaires de différentes tailles sont nécessaires.
L'auteur fournit un calcul de la quantité d'énergie nécessaire pour production les panneaux solaires eux-mêmes (énergie grise) et combien cela donne si vous divisez ce montant par la durée de vie attendue de 10 ans.
De cette manière, il est possible de calculer l’équivalent des combustibles fossiles consommés dans la production et le fonctionnement des panneaux. Low-tech Magazine a découvert qu'au cours de la première année de fonctionnement, leur système (panneau de 50 W, batterie de 86,4 Wh) « générait » environ 9 kg d'émissions, soit l'équivalent de la combustion de 3 litres d'essence : à peu près la même chose qu'un 50- années de déplacement en voiture de tourisme, km.
Si le serveur est alimenté non pas par des panneaux solaires, mais par le réseau électrique général, les émissions équivalentes semblent alors six fois inférieures : 1,54 kg (le secteur énergétique espagnol possède une part élevée d'énergies alternatives et de centrales nucléaires). Mais ce n'est pas une comparaison tout à fait correcte, écrit l'auteur, car elle prend en compte l'énergie grise de l'infrastructure solaire, mais ne prend pas en compte cet indicateur du réseau énergétique général, c'est-à-dire les coûts de sa construction et de son support. .
Autres améliorations
Au cours des dernières années, un certain nombre d'optimisations ont été effectuées qui ont réduit la consommation électrique du serveur. Par exemple, à un moment donné, le développeur a remarqué que 6,63 To sur un total de 11,15 To de trafic étaient générés par une implémentation incorrecte du flux RSS qui extrayait le contenu toutes les quelques minutes. Après correction de ce bug, la consommation électrique du serveur (hors pertes d'énergie) est passée de 1,14 W à environ 0,95 W. Le gain peut paraître faible, mais une différence de 0,19 W signifie 4,56 wattheures par jour, ce qui correspond à plus de 2,5 heures d'autonomie pour le serveur.
Au cours de la première année, l'efficacité n'était que de 50 %. Des pertes ont été observées lors de la charge et de la décharge de la batterie (22 %), ainsi que lors de la conversion de la tension de 12 V (système solaire photovoltaïque) à 5 V (USB), où les pertes atteignaient 28 %. Le développeur admet qu'il dispose d'un convertisseur de tension sous-optimal (contrôleur sans USB intégré), vous pouvez donc optimiser ce point ou passer à une installation solaire 5V.
Pour améliorer l'efficacité du stockage de l'énergie, les batteries au plomb peuvent être remplacées par des batteries lithium-ion plus coûteuses, qui présentent des pertes de charge/décharge plus faibles (<10 %). Le concepteur envisage désormais un modèle compact (CAES), qui a une durée de vie de plusieurs décennies, ce qui signifie une empreinte carbone plus faible sur sa production.
Accumulateur d'énergie à air comprimé compact,
L'installation d'une éolienne supplémentaire est envisagée (elle peut être ) et installer un tracker solaire pour orienter les panneaux vers le soleil. Le tracker permet d'augmenter la production d'électricité de 30%.
Une autre façon d’augmenter l’efficacité du système consiste à le faire évoluer. Créez plus de sites Web sur le serveur et lancez plus de serveurs. La consommation d’énergie par site diminuera alors.
Entreprise d'hébergement solaire. Illustration : Diego Marmolejo
Si vous couvrez tout le balcon de votre appartement avec des panneaux solaires et ouvrez une société d'hébergement Web solaire, le coût par client sera nettement inférieur à celui d'un seul site Web : économies d'échelle.
Dans l’ensemble, cette expérience démontre que, compte tenu de certaines limitations, il est tout à fait possible que l’infrastructure informatique fonctionne avec des sources d’énergie renouvelables.
Théoriquement, un tel serveur pourrait même se passer de batterie s’il était reproduit dans d’autres parties du monde. Par exemple, installez des miroirs en Nouvelle-Zélande et au Chili. Ces panneaux solaires fonctionneront la nuit à Barcelone.
Source: habr.com