O primeiro prototipo dun servidor solar cun controlador de carga. Foto:
En setembro de 2018, un entusiasta da revista Low-tech . O obxectivo era reducir tanto o consumo de enerxía que un panel solar sería suficiente para un servidor doméstico autoaloxado. Isto non é doado, porque o sitio debe funcionar as 24 horas do día. A ver que pasou ao final.
Podes ir ao servidor , verifique o consumo de enerxía actual e o nivel de carga da batería. O sitio está optimizado para un número mínimo de solicitudes da páxina e un tráfico mínimo, polo que debería soportar un aumento do tráfico de Habr. Segundo os cálculos do desenvolvedor, o consumo de enerxía por visitante único é de 0,021 Wh.
Pouco antes do amencer do 31 de xaneiro de 2020, tiña un 42 % de batería restante. Amañecer en Barcelona ás 8:04 hora local, despois de que a corrente debería fluír do panel solar.
Por que?
Hai dez anos expertos que o desenvolvemento de Internet contribúe á “desmaterialización” da sociedade, á dixitalización universal e, como resultado, á redución do consumo global de enerxía. Estaban equivocados. De feito, a propia Internet esixía , e estes volumes seguen crecendo.
As empresas de TI lanzaron iniciativas para cambiar a fontes de enerxía alternativas, pero agora é imposible. Todos os centros de datos consomen tres veces máis enerxía da que xeran todas as instalacións solares e eólicas do mundo. Peor aínda, a produción e substitución regular de paneis solares e aeroxeradores , polo tanto, é simplemente imposible hoxe abandonar os combustibles fósiles (petróleo, gas, uranio). Pero estas reservas non durarán moito, polo que inevitablemente teremos que pensar en como vivir de fontes renovables. Incluíndo o funcionamento da infraestrutura informática, incluídos os servidores web.
Revista de baixa tecnoloxía As páxinas web inchan demasiado rápido. O tamaño medio da páxina aumentou de 2010 a 2018 , e para sitios móbiles: de 0,15 MB a 1,6 MB, unha estimación conservadora.
Aumento dos volumes de tráfico (a enerxía necesaria para transmitir 1 megabyte de información), o que provoca un aumento constante do consumo enerxético de Internet. Os sitios máis pesados e cargados non só aumentan a carga da infraestrutura de rede, senón que tamén acurtan o "ciclo de vida" dos ordenadores e teléfonos intelixentes, que teñen que ser tirados con máis frecuencia e producir outros novos, que tamén .
E, por suposto, o aumento da carga de traballo é creado polo propio estilo de vida: a xente pasa case todo o tempo en Internet e depende moito de varios servizos web. Xa é difícil imaxinar a sociedade moderna sen unha infraestrutura informática na nube (redes sociais, mensaxería instantánea, correo, etc.)
Configuración do servidor e do sitio web
В Descríbense detalladamente a configuración de hardware e a pila de software do servidor web.
Ordenador de placa única escollido por baixo consumo de enerxía e funcións adicionais útiles como o chip de xestión de enerxía . Permítelle solicitar estatísticas sobre a tensión e corrente actual do taboleiro e da batería. O microcircuíto cambia automaticamente a enerxía entre a batería e o conector de CC, onde a corrente flúe dende o panel solar. Así, é posible a subministración de enerxía ininterrompida ao servidor con soporte de batería.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Inicialmente, escolleuse como batería unha batería de polímero de litio cunha capacidade de 6600 mAh (uns 24 Wh), despois instalouse unha batería de chumbo-ácido cunha capacidade de 84,4 Wh.
O sistema operativo arranca desde a tarxeta SD. Aínda que o sistema operativo non ocupa máis de 1 GB e o sitio web estático é duns 30 MB, non tiña sentido económico mercar unha tarxeta máis pequena que unha Class 10 16 GB.
O servidor conéctase a Internet mediante unha conexión doméstica de 100 Mbps en Barcelona e un enrutador de consumo estándar. Resérvase un enderezo IP estático para el. Case calquera pode configurar un sitio deste tipo no seu apartamento; cómpre cambiar lixeiramente a configuración do firewall para reenviar os portos á IP local:
Porto 80 a 80 para HTTP Porto 443 a 443 para HTTPS Porto 22 a 22 para SSH
Sistema operativo baseado na distribución e no núcleo Debian , que está deseñado para placas individuais con chips AllWinner.
Un panel solar de 50 watts para un servidor web e un panel solar de 10 watts para iluminar o salón do apartamento do autor.
Sitio estático xerado polo sistema (xerador de sitios en Python). Os sitios estáticos cárganse máis rápido e consumen menos CPU, polo que son moito máis eficientes enerxéticamente que as páxinas xeradas de forma dinámica. Consulta o código fonte do tema. .
Un punto moi importante é a compresión de imaxes, xa que sen esta optimización é case imposible facer páxinas web inferiores a 1 megabyte. Para optimizar, decidiuse converter as fotografías en imaxes de semitono. Por exemplo, aquí tes unha fotografía de operadoras de telefonía nunha centralita no século pasado, .
E aquí tes unha imaxe en escala de grises optimizada de tamaño con tres cores (negro, branco, gris). Debido á ilusión óptica, ao espectador parécelle que hai máis de tres cores.
As fotografías de semitono elixíronse non só para optimizar o tamaño (unha decisión bastante dubidosa), senón tamén por razóns estéticas. Esta antiga técnica de procesamento de imaxes ten certas características estilísticas, polo que o sitio ten un deseño un tanto único.
Despois da optimización, 623 ilustracións do sitio web da revista Low-tech diminuíron de tamaño de 194,2 MB a 21,3 MB, é dicir, nun 89 %.
Todos os artigos antigos convertéronse a Markdown para facilitar a escritura de artigos novos, así como para facilitar a copia de seguridade mediante . Todos os scripts e rastreadores, así como os logotipos, foron eliminados do sitio. Utilízase o tipo de letra predeterminado no navegador do cliente. Como "logotipo" - o nome da revista en maiúsculas cunha frecha á esquerda: REVISTA LOW←TECH. Só 16 bytes en lugar dunha imaxe.
En caso de inactividade, organizouse a posibilidade de "lectura fóra de liña": os textos e as imaxes son exportados a unha fonte RSS. O almacenamento en caché do contido 100 % está activado, incluído o HTML.
Outra optimización é habilitar a configuración HTTP2 en nginx, que reduce lixeiramente o tráfico e reduce o tempo de carga da páxina en comparación con HTTP/1.1. A táboa compara os resultados de cinco páxinas diferentes.
| | FP | NÓS | 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 | | Imaxes | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | aforro | 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 traballo
Durante o período do 12 de decembro de 2018 ao 28 de novembro de 2019, o servidor mostrou . Isto significa que debido ao mal tempo o tempo de inactividade do ano foi de 399 horas.
Pero se non se teñen en conta os dous últimos meses, o tempo de actividade foi do 98,2% e o tempo de inactividade foi de só 152 horas, escriben os desenvolvedores. O tempo de actividade baixou ao 80 % nos últimos dous meses cando o consumo de enerxía aumentou debido a unha actualización de software. Todas as noites o sitio caía durante varias horas.
Segundo as estatísticas, para o ano (do 3 de decembro de 2018 ao 24 de novembro de 2019), o consumo eléctrico do servidor foi de 9,53 kWh. Rexistráronse importantes perdas no sistema fotovoltaico por conversión de tensión e descarga da batería. O controlador solar mostrou un consumo anual de 18,10 kWh, o que significa que a eficiencia do sistema é dun 50%.
Diagrama simplificado. Non mostra un conversor de voltaxe de 12 a 5 voltios e un medidor de amperio-hora da batería
Durante o período de estudo, 865 visitantes únicos visitaron o sitio. Incluíndo todas as perdas de enerxía na instalación solar, o consumo de enerxía por visitante único foi de 000 Wh. Así, un quilovatio-hora de enerxía solar xerada é suficiente para atender a case 0,021 visitantes únicos.
Durante o experimento probáronse paneis solares de diferentes tamaños. A táboa mostra os cálculos do tempo que tardarán en cargar baterías de diferentes capacidades cando se utilizan paneis solares de diferentes tamaños.
O consumo medio de enerxía do servidor web durante o primeiro ano, incluídas todas as perdas de enerxía, foi de 1,97 vatios. O cálculo mostra que o funcionamento dun sitio web durante a noite na noite máis curta do ano (8 horas e 50 minutos, 21 de xuño) require 17,40 vatios-hora de enerxía de almacenamento, e na noite máis longa (14 horas e 49 minutos, 21 de decembro) necesitas 29,19 .XNUMX Wh.
Dado que as baterías de chumbo-ácido non deben descargarse por debaixo da metade da súa capacidade, o servidor necesita unha batería de 60 Wh para sobrevivir á noite máis longa cunha luz diurna óptima (2x29,19 Wh). Durante a maior parte do ano, o sistema funcionou cunha batería de 86,4 Wh e un panel solar de 50 watts, e despois logrouse o mencionado 95-98% de tempo de actividade.
Tempo de actividade 100%
Para o tempo de actividade do 100 %, é necesario aumentar a capacidade da batería. Para compensar un día de moi mal tempo (sen unha xeración significativa de enerxía), necesítanse 47,28 vatios-hora (24 horas × 1,97 vatios) de almacenamento.
Dende o 1 de decembro de 2019 ata o 12 de xaneiro de 2020 instalouse no sistema unha batería de 168 vatios, que ten unha capacidade práctica de almacenamento de 84 vatios-hora. Este almacenamento é suficiente para manter o sitio funcionando durante dúas noites e un día. A configuración probouse durante o período máis escuro do ano, pero o tempo foi relativamente bo e durante o período especificado o tempo de actividade foi do 100 %.
Pero para garantir o 100 % de tempo de actividade durante varios anos, terás que prever o peor dos casos, cando o mal tempo persiste durante varios días. O cálculo mostra que para manter un sitio web en liña durante catro días cunha xeración de enerxía baixa ou nula, necesitarías unha batería de chumbo-ácido cunha capacidade de 440 vatios-hora, que é o tamaño dunha batería de coche.
Na práctica, en boas condicións meteorolóxicas, unha batería de chumbo-ácido de 48 Wh manterá o servidor funcionando durante a noite de marzo a setembro. Unha batería de 24 Wh durará o servidor un máximo de 6 horas, é dicir, apagarase todas as noites, aínda que en horarios diferentes segundo o mes.
En xeral, algúns sitios non necesitan traballar pola noite, cando o número de visitantes é mínimo, din os mozos da revista Low-tech. Por exemplo, se se trata dunha publicación da cidade rexional, onde non veñen visitantes doutros fusos horarios, senón só residentes locais.
É dicir, para sitios con diferente tráfico e diferente tempo de actividade, necesítanse baterías de diferentes capacidades e paneis solares de diferentes tamaños.
O autor proporciona un cálculo da cantidade de enerxía necesaria produción os propios paneis solares (enerxía incorporada) e canto resulta se divide esta cantidade pola vida útil prevista de 10 anos.
Deste xeito, é posible calcular o equivalente de combustibles fósiles que se consumen na produción e funcionamento dos paneis. Low-tech Magazine descubriu que no primeiro ano de funcionamento, o seu sistema (panel de 50 W, batería de 86,4 Wh) "xerou" aproximadamente 9 kg de emisións, ou o equivalente a queimar 3 litros de gasolina: aproximadamente o mesmo que un 50- percorrido en coche de pasaxeiros de anos de idade.
Se o servidor non se alimenta de paneis solares, senón da rede eléctrica xeral, entón as emisións equivalentes parecen ser seis veces inferiores: 1,54 kg (o sector enerxético español ten unha alta proporción de enerxías alternativas e centrais nucleares). Pero esta non é unha comparación completamente correcta, escribe o autor, porque ten en conta a enerxía incorporada da infraestrutura solar, pero non ten en conta este indicador para a rede de enerxía xeral, é dicir, os custos da súa construción e apoio. .
Máis melloras
No pasado tempo, realizáronse unha serie de optimizacións que reduciron o consumo de enerxía do servidor. Por exemplo, nun momento dado, o programador observou que 6,63 TB dos 11,15 TB de tráfico foron xerados por unha implementación incorrecta de fontes RSS que extraía contido cada poucos minutos. Despois de corrixir este erro, o consumo de enerxía do servidor (excluíndo as perdas de enerxía) diminuíu de 1,14 W a aproximadamente 0,95 W. A ganancia pode parecer pequena, pero unha diferenza de 0,19 W significa 4,56 vatios-hora por día, o que corresponde a máis de 2,5 horas de duración da batería do servidor.
Durante o primeiro ano, a eficiencia foi só do 50%. Observáronse perdas ao cargar e descargar a batería (22%), así como ao converter a tensión de 12 V (sistema fotovoltaico solar) a 5 V (USB), onde as perdas foron de ata o 28%. O promotor admite que ten un conversor de tensión subóptimo (controlador sen USB incorporado), polo que pode optimizar este punto ou cambiar a unha instalación solar de 5V.
Para mellorar a eficiencia do almacenamento de enerxía, as baterías de chumbo-ácido pódense substituír por baterías de ión-litio máis caras, que teñen menores perdas de carga/descarga (<10%). Agora o deseñador está considerando un compacto (CAES), que ten unha vida útil de décadas, o que supón unha menor pegada de carbono na súa produción.
Acumulador compacto de enerxía de aire comprimido,
Estase considerando a instalación dunha turbina eólica adicional (pode ser ) e instalando un rastreador solar para xirar os paneis cara ao sol. O rastreador permítelle aumentar a produción de electricidade nun 30%.
Outra forma de aumentar a eficiencia do sistema é escalalo. Crea máis sitios web no servidor e lanza máis servidores. Entón o consumo de enerxía por sitio diminuirá.
Empresa de hospedaxe solar. Ilustración: Diego Marmolejo
Se cubres todo o balcón do teu apartamento con paneis solares e abres unha empresa de hospedaxe web solar, o custo por cliente será significativamente inferior ao dun único sitio web: economías de escala.
En xeral, este experimento demostra que, dadas certas limitacións, é totalmente posible que a infraestrutura informática funcione con fontes de enerxía renovables.
Teoricamente, un servidor deste tipo podería incluso prescindir dunha batería se se espello noutras partes do mundo. Por exemplo, instala espellos en Nova Zelanda e Chile. Alí funcionarán os paneis solares cando sexa de noite en Barcelona.
Fonte: www.habr.com