Az első prototípus napenergiás szerver töltésvezérlővel. Kép:
2018 szeptemberében egy lelkes ember a Low-tech Magazine-tól . A cél az volt, hogy a házi self-hosted szerver energiafogyasztása annyira csökkenthető legyen, hogy egy nap panel elegendő legyen. Ez nem egyszerű, hiszen a weboldalnak 24 órán keresztül kell működnie. Nézzük, mi lett az eredmény.
Látogasson el a szerverre , ellenőrizze a jelenlegi energiafogyasztást és az akkumulátor töltöttségi szintjét. Az oldal minimális kérésekre és adatforgalomra van optimalizálva, így el kell bírnia a Habról érkező látogatók hirtelen növekedését. A fejlesztő számításai szerint az energiafogyasztás egyedi látogatónként 0,021 W⋅h.
2020. január 31-én napfelkelte előtt nem sokkal 42% volt a akkumulátor töltöttsége. A napfelkelte Barcelonában helyi idő szerint 8:04-kor van, ezt követően kell áramnak érkeznie a nappanelen.
Miért?
Tíz évvel ezelőtt a szakértők , hogy az internet fejlődése "dematerializálja" a társadalmat, általános digitalizálódást előidézve — és ennek következtében csökkenti az általános energiafogyasztást. Tévedtek. Valójában az internet hatalmas energiaigényekhez vezetett Az IT cégek alternatív energiaforrásokra való átállási kezdeményezéseket indítottak, de ez most lehetetlen. Minden adatközpont háromszor annyi energiát fogyaszt, mint amennyit a világ összes nap- és szélenergia rendszerének a generál. Ráadásul a nap- és szélerőművek gyártása és folyamatos cseréje
szintén energiát igényel A Low-tech Magazine
problémának tartja 0,45 MB-ról 1,7 MB-ra nőtt A forgalom növekedése
megelőzi az energiahatékonyságban elért előrehaladást. (az 1 megabájt információ átadásához szükséges energia), ami folyamatos növekedést okoz az internet energiafogyasztásában. A nehezebb és terheltebb weboldalak nemcsak a hálózati infrastruktúrára nehezednek, hanem csökkentik a számítógépek és okostelefonok „élettartamát” is, amelyeket gyakrabban kell kidobni és újakat gyártani, ami szintén .
Természetesen a terhelés növekedését az életmód is okozza: az emberek szinte folyamatosan az interneten tartózkodnak, és nagymértékben függenek a különböző webszolgáltatásoktól. A modern társadalom már elképzelhetetlen a felhőalapú IT-infrastruktúra nélkül (közösségi hálók, üzenetküldők, e-mail stb.)
A szerver és a weboldal konfigurációja
A részletesen leírja a webkiszolgáló hardverkonfigurációját és szoftverstackjét.
Egylapkás számítógép mert alacsony energiafogyasztása és hasznos kiegészítő funkciói vannak, mint például az energiafogyasztás-ellenőrző chip megléte . Ez lehetővé teszi a feszültség és az áram statisztikájának lekérdezését az alaplapról és az akkumulátorról. A chip automatikusan váltja az áramellátást az akkumulátor és a DC aljzat között, ahonnan a nappanelből áram érkezik. Így folyamatos áramellátás lehetséges az akkumulátoros támogatású szerverhez.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Eredetileg egy 6600 mAh (kb. 24 Wh) kapacitású lítium-polimer akkumulátort választottak, később 84,4 Wh kapacitású ólomakkumulátort szereltek be.
A műveleti rendszer SD-kártyáról indul el. Bár az OS nem foglal el több mint 1 GB-ot, míg egy statikus weboldal körülbelül 30 MB, gazdaságosan nem volt értelme 16 GB-nál kisebb Class 10-es kártyát vásárolni.
A szerver 100 megabites otthoni internetkapcsolaton keresztül csatlakozik a hálózathoz Barcelonában, és egy standard fogyasztói routeren keresztül. Statikus IP-cím van fenntartva számára. Gyakorlatilag bárki felütheti egy ilyen weboldalt a lakásában, csak kissé módosítani kell a tűzfal beállításait a portok helyi IP-re való továbbításához:
Port 80 to 80 for HTTP Port 443 to 443 for HTTPS Port 22 to 22 for SSH
Operációs rendszer a Debian disztribúció és a kernel alapján , amelyet AllWinner chipekhez terveztek egylapkás számítógépekhez.
50 wattos napelem a webkiszolgálóhoz és 10 wattos panel a lakásban található világításhoz az író által
A statikus weboldalt a rendszer generálta (weboldal generátor Pythonon). A statikus oldalak gyorsabban töltődnek be, és nem terhelik a CPU-t, ezért energiafogyasztási szempontból sokkal hatékonyabbak, mint a dinamikusan generált oldalak. A téma forráskódja. .
Nagyon fontos szempont a képek tömörítése, mivel nélküle gyakorlatilag lehetetlen a weboldalak méretét 1 megabájt alá csökkenteni. Az optimalizáláshoz úgy döntöttek, hogy a fényképeket féltonos képekké alakítják. Például itt van egy fénykép a telefonista lányokról a múlt század átkapcsolóján. .
Íme az optimalizált féltonos kép mérete három színnel (fekete, fehér, szürke). Optikai illúzió révén a nézőnek úgy tűnik, hogy a színek száma több mint három.
A féltonos fényképeket nemcsak a méret optimalizálására választották (ez a megoldás meglehetősen kétséges), hanem esztétikai szempontokból is. Ez a régi képfeldolgozási technika bizonyos stilisztikai sajátosságokkal bír, így a weboldal egyfajta egyedi dizájnt kapott.
A Low-tech Magazine weboldalán található 623 illusztráció a méretoptimalizálás után 194,2 MB-ról 21,3 MB-ra csökkent, tehát 89%-kal.
Minden régi cikket Markdown formátumban konvertáltak az új cikkek írásának egyszerűsítése, valamint a biztonsági mentés elősegítése érdekében. . Az oldalról eltávolították az összes scriptet és nyomkövetőt, valamint a logókat. Az alapértelmezett betűtípus használatos az ügyfélnél. A 'logó' — a magazin neve nagybetűkkel és egy balra mutató nyíllal: LOW←TECH MAGAZINE. Csak 16 byte egy kép helyett.
A leállások esetére lehetőség nyílik offline olvasásra: a szövegek és képek RSS feedbe exportálódnak. 100% tartalom gyorsítótárazása aktiválva, beleértve a HTML-t.
Egy további optimalizálás — az HTTP2 beállításának engedélyezése az nginx-ben, ami kissé csökkenti a forgalmat és lerövidíti az oldalak betöltési idejét az HTTP/1.1-hez képest. Az alábbi táblázatban öt különböző oldal eredményeit hasonlítjuk össze.
| | FP | WE | HS | 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 | | Képek | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | megtakarítás | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Az nginx teljes konfigurációja:
root@solarserver: /var/log/nginx# cat /etc/nginx/sites-enabled/solar.lowtechmagazine.com
# Expired 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; #optimalizálja az oldal sebességét azáltal, hogy a karakterkódot az első válaszban elküldi.
location / {
root /var/www/html/;
index index.html;
autoindex off;
}
#Cache (mentse a html oldalakat 7 napig, a többit ameddig csak lehet, ne cache-eljen a kezdőlapon)
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;
# irányítsa át a szerver hibákat a statikus oldalra /50x.html
#error_page 500 502 503 504 /50x.html;
#location = /50x.html {
# root /var/www/;
#}
#Tömörítés
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;
#Cache (mentse a html oldalt 7 napig, a többit ameddig csak lehet)
expires $expires;
# Naplók
access_log /var/log/nginx/solar.lowtechmagazine.com_ssl.access.log;
error_log /var/log/nginx/solar.lowtechmagazine.com_ssl.error.log;
# SSL beállítások:
ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/solar.lowtechmagazine.com/fullchain.pem;
ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/solar.lowtechmagazine.com/privkey.pem;
# HTTPS teljesítményének javítása session folytatással
ssl_session_cache shared:SSL:10m;
ssl_session_timeout 5m;
# Engedélyezze a szerver oldali védelmet a BEAST támadások ellen
ssl_prefer_server_ciphers on;
ssl_ciphers ECDH+AESGCM:ECDH+AES256:ECDH+AES128:DH+3DES:!ADH:!AECDH:!MD5;
# SSLv3 letiltása
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
# Csökkentse a pufferméretet az TTFB növeléséhez
ssl_buffer_size 4k;
# Diffie-Hellman paraméter a DHE titkosítási rendszerekhez
# $ sudo openssl dhparam -out /etc/ssl/certs/dhparam.pem 4096
ssl_dhparam /etc/ssl/certs/dhparam.pem;
# Engedélyezze a HSTS-t (https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Security/HTTP_Strict_Transport_Security)
add_header Strict-Transport-Security "max-age=63072000; includeSubdomains";
# Engedélyezze az OCSP staplinget (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;
}A 15 hónapos munka összegzése
2018. december 12. és 2019. november 28. között a szerver teljesítménye a következő volt . Ez azt jelenti, hogy a kedvezőtlen időjárás miatt az éves leállási idő 399 óra volt.
De ha figyelmen kívül hagyjuk az utolsó két hónapot, akkor a megbízhatósági idő 98,2% volt, a leállási idő pedig mindössze 152 óra, írják a fejlesztők. A megbízhatósági idő az utolsó két hónapban 80%-ra csökkent, amikor az energiafogyasztás megnövekedett a szoftverfrissítés miatt. Minden este a webhely néhány órára kikapcsolt.
Statisztikák szerint a szerver elektricitás-fogyasztása egy év alatt (2018. december 3-tól 2019. november 24-ig) 9,53 kWh volt. Jelentős veszteségek mutatkoztak a napelem rendszerben a feszültség átalakítása és az akkumulátor lemerülése miatt. A napenergia-vezérlő évi fogyasztása 18,10 kWh volt, ami körülbelül 50%-os hatékonyságot jelent.
Egyszerűsített ábra. Az ábrán nem szerepel a 12 V-ról 5 V-ra való feszültségátalakító és az akkumulátóról szóló amper-óra mérő.
A vizsgált időszak alatt a weboldal 865 000 egyedi látogatót vonzott. Minden energiaveszteséget figyelembe véve az energiafogyasztás egy egyedi látogatóra 0,021 Wh volt. Így egy kWh napenergiával közel 50 000 egyedi látogató kiszolgálására elegendő.
A kísérlet során különböző méretű napelemeket teszteltek. Az alábbi táblázatban szerepelnek a számítások, hogy különböző kapacitású akkumulátorok mikor töltődnek fel különböző méretű napelemek használatakor.
A webkiszolgáló átlagos fogyasztása az első évben, beleértve minden energaveszteséget, 1,97 W volt. A számítás azt mutatja, hogy a weboldal fenntartásához éjszaka, a legrövidebb éjszakán (8 óra 50 perc, június 21-én) 17,40 Wh tárolóenergia szükséges, míg a leghosszabb éjszakán (14 óra 49 perc, december 21-én) 29,19 Wh szükséges.
Mivel a ólom-sav akkumulátorokat nem szabad félig lemeríteni, a szervernek 60 Wh akkumulátorra van szüksége, hogy átvészelje a leghosszabb éjszakát optimális nappali fényviszonyok mellett (2×29,19 Wh). Az év nagy részében a rendszer 86,4 Wh akkumulátorral és 50 W-os napelemmel működött, ekkor érték el a fent említett 95-98%-os üzemidőt.
100% üzemidő
A 100% üzemidő eléréséhez növelni kell az akkumulátorok kapacitását. Egy nagyon rossz időjárású nap (jelentős energiatermelés nélkül) kompenzálásához 47,28 Wh (24 óra × 1,97 W) tárolóra van szükség.
2019. december 1-től 2020. január 12-ig 168 wattos akkumulátort telepítettek a rendszerbe, amelynek gyakorlati tárolókapacitása 84 wattóra. Ez a tároló elegendő ahhoz, hogy két éjszakát és egy napot támogasson a webhely működésében. A konfigurációt az év legnagyobb sötétségében tesztelték, de az időjárás viszonylag jó volt - a megadott időszakban a leállás nélküli működés 100% volt.
De ahhoz, hogy garantáljuk a 100%-os rendelkezésre állást több évre, számolni kell a legrosszabb forgatókönyvvel is, amikor a rossz időjárás több napig tart. A számítások azt mutatják, hogy ahhoz, hogy a webhely online maradjon négy napon keresztül alacsony vagy nulla energia-termeléssel, 440 wattórás ólom-savas akkumulátorra van szükség, ami akkora, mint egy autóakkumulátor.
Jó időjárás mellett a 48 wattórás ólom-savas akkumulátor a szerver működését egy éjszakán át támogatja március és szeptember között. A 24 wattórás akkumulátor maximum 6 óráig képes működtetni a szervert, tehát minden este leáll, bár változó időpontokban, hónaptól függően.
A Low-tech Magazine munkatársai úgy vélik, hogy bizonyos webhelyeknek nem kötelező éjszaka működniük, amikor a látogatók száma minimális. Például, ha egy regionális városi kiadványról van szó, ahová nem látogatnak látogatók más időzónákból, csak a helyiek.
Ezért a különböző látogatottságú és eltérő rendelkezésre állású weboldalak számára különböző kapacitású akkumulátorokra és különböző méretű napelemekre van szükség.
A szerző kiszámítja, mennyi energiára van szükség a termeléshez maguknak a napelemeknek (beépített energia), és mennyi készíthető, ha ezt a mennyiséget elosztjuk a várt 10 éves élettartammal.
Így kiszámítható a fosszilis tüzelőanyag analógiája, amelyet a panelek előállítására és üzemeltetésére költöttek. A Low-tech Magazine az első év működése alatt úgy találta, hogy a rendszerük (50 wattos panel, 86,4 wattórás akkumulátor) körülbelül 9 kg kibocsátást "generált", ami körülbelül 3 liter benzin elégetésének felel meg: körülbelül annyi, mint amit egy személygépkocsi 50 km-en fogyaszt.
Ha a szervert nem napelemek, hanem a közönséges energiahálózat táplálja, akkor a kieső emissziók körülbelül hatszor alacsonyabbak: 1,54 kg (a spanyol energiaszektorban nagy a részesedése a megújuló energiáknak és az atomenergiának). De ez nem helytálló összehasonlítás, írja a szerző, mert figyelembe veszi a napenergia-infrastruktúra beágyazott energiáját, de nem veszi figyelembe ezt az adatot a közönséges energiahálózat számára, arra vonatkozóan pedig, hogy mennyibe került a felépítése és fenntartása.
További fejlesztések
Az eltelt idő alatt számos optimalizálást végeztek, amelyek csökkentették a szerver energiafogyasztását. Például egy pillanatban a fejlesztő észrevette, hogy az összesen 11,15 TB forgalomból 6,63 TB-ot egy hibás RSS-hírfolyam generál, amely néhány percenként húzza be a tartalmat. A hiba javítása után a szerver energiafogyasztása (az energia-veszteségeket figyelmen kívül hagyva) 1,14 W-ról körülbelül 0,95 W-ra csökkent. A nyereség kicsinek tűnhet, de a 0,19 W különbség napi 4,56 watt-órát jelent, ami több mint 2,5 óra önálló működést képvisel a szerver számára.
Az első évben a hatásfok mindössze 50% volt. A veszteségek a töltés és a kisütés során (22%) és a feszültség átalakításakor 12 V (napenergia-fotovoltaikus rendszer) 5 V-ra (USB) történtek, ahol a veszteség elérheti a 28%-ot. A fejlesztő elismeri, hogy nem optimális a feszültség-átalakítója (vezérlő beépített USB nélkül), ezért érdemes ezen javítani, vagy átállni 5V-os napelemes rendszerre.
Az energiatárolás hatékonyságának növelése érdekében a régi ólom-savas akkumulátorokat drágább lítium-ion akkumulátorokra is cserélhetjük, amelyeknél a töltés/kisülés vesztesége kisebb (<10%). Jelenleg egy kompakt (CAES) fontolgatnak, amelynek élettartama évtizedekig terjed, ami kisebb „szénlábnyomot” jelent a gyártása során.
Kompakt szorított levegő akkumulátor,
További szélturbinák telepítését fontolgatják (ezeket ) és napelemes követőt telepíteni a panelek napfelé állításához. A követő lehetővé teszi az elektromos energia termelésének 30%-os növelését.
Egy másik módja a rendszer hatékonyságának növelésére a méretezés. Több weboldalt üzemeltetni a szerveren, és több szervert indítani. Ekkor csökken az energiafogyasztás minden egyes weboldalra vetítve.
Napenergiás hosztoló cég. Illusztráció: Diego Marmolejo
Ha a lakás erkélyét teljesen napelemekkel borítjuk be, és napenergiás webhosztoló céget alapítunk, akkor a költségek jelentősen alacsonyabbak lesznek minden egyes ügyfél esetében, mint egyetlen weboldal esetén: a méretgazdaságosság előnye.
Összességében ez a kísérlet azt mutatja, hogy bizonyos korlátok mellett a számítógépes infrastruktúra teljes mértékben képes működni megújuló energiaforrásokon.
Elméletileg egy ilyen szerver akkumulátor nélkül is működhet, ha más helyszíneken is tükrözzük. Például napelemeket telepíteni Új-Zélandra és Chilébe. Ott a napelemek működni fognak, amikor Barcelonában éjszaka van.
Forrás: habr.com
