A napelemes szerver első prototípusa töltésvezérlővel. Fénykép:
2018 szeptemberében a Low-tech Magazine egyik rajongója . A cél az volt, hogy olyan mértékben csökkentsék az energiafelhasználást, hogy egy napelem elegendő legyen egy otthoni, önálló szerverhez. Ez nem egyszerű, mert az oldalnak a nap 24 órájában működnie kell. Lássuk, mi történt a végén.
Mehetsz a szerverre , ellenőrizze az aktuális energiafogyasztást és az akkumulátor töltöttségi szintjét. Az oldal minimális számú kérésre és minimális forgalomra van optimalizálva, így ki kell bírnia a Habrból érkező forgalom megugrását. A fejlesztő számításai szerint az egy egyedi látogatóra jutó energiafogyasztás 0,021 Wh.
31. január 2020-én, hajnal előtt 42% volt az akkumulátor töltöttsége. Hajnal Barcelonában helyi idő szerint 8:04-kor, ami után az áramnak ki kell folynia a napelemből.
Miért?
Tíz évvel ezelőtt szakértők hogy az internet fejlődése hozzájárul a társadalom „dematerializálódásához”, az egyetemes digitalizációhoz – és ennek eredményeként a teljes energiafogyasztás csökkenéséhez. Tévedtek. Valójában maga az Internet követelte , és ezek a mennyiségek tovább nőnek.
Az IT-cégek kezdeményezéseket indítottak az alternatív áramforrásokra való átállásra, de ez ma már lehetetlen. Minden adatközpont háromszor több energiát fogyaszt, mint amennyit a világ összes nap- és szélenergia-berendezése termel. Ami még rosszabb, a napelemek és szélturbinák gyártása és rendszeres cseréje Ezért ma egyszerűen lehetetlen lemondani a fosszilis tüzelőanyagokról (olaj, gáz, urán). De ezek a tartalékok nem tartanak sokáig, így óhatatlanul el kell gondolkodnunk azon, hogyan éljünk megújuló forrásokból. Beleértve a számítógépes infrastruktúra üzemeltetését, beleértve a webszervereket is.
Low-tech Magazin A weboldalak túl gyorsan felduzzadnak. Az átlagos oldalméret 2010-ről 2018-ra nőtt , mobilwebhelyek esetén pedig 0,15 MB és 1,6 MB között, óvatos becslés.
A forgalom növekedése (1 megabájt információ továbbításához szükséges energia), ami az internetes energiafogyasztás folyamatos növekedését okozza. A nehezebb és terheltebb oldalak nemcsak a hálózati infrastruktúra terhelését növelik, hanem lerövidítik a számítógépek és okostelefonok „életciklusát” is, amelyeket gyakrabban kell kidobni és újakat gyártani, ami szintén .
És persze a megnövekedett terhelést maga az életstílus hozza létre: az emberek szinte minden idejüket az interneten töltik, és erősen támaszkodnak a különféle webszolgáltatásokra. Már nehéz elképzelni a modern társadalmat felhő IT infrastruktúra (közösségi hálózatok, azonnali üzenetküldők, levél stb.) nélkül.
Szerver és weboldal konfiguráció
В Részletesen ismertetjük a webszerver hardverkonfigurációját és szoftvercsomagját.
Egylapos számítógép az alacsony energiafogyasztás és a hasznos kiegészítő funkciók, például az energiagazdálkodási chip miatt választották . Lehetővé teszi, hogy statisztikákat kérjen a kártya és az akkumulátor aktuális feszültségéről és áramáról. A mikroáramkör automatikusan átkapcsolja az áramot az akkumulátor és a DC csatlakozó között, ahol az áram a napelemből folyik. Így lehetséges a szerver megszakítás nélküli tápellátása akkumulátoros támogatással.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Akkumulátornak kezdetben egy 6600 mAh (kb. 24 Wh) kapacitású lítium-polimer akkumulátort választottak, majd egy 84,4 Wh kapacitású ólom-savas akkumulátort helyeztek be.
Az operációs rendszer az SD-kártyáról indul. Bár az operációs rendszer legfeljebb 1 GB-ot foglal el, és a statikus webhely körülbelül 30 MB-ot tesz ki, gazdaságilag semmi értelme nem volt egy Class 10-nél 16 GB-nál kisebb kártya vásárlásának.
A szerver barcelonai 100 Mbps otthoni kapcsolaton és szabványos fogyasztói útválasztón keresztül csatlakozik az internethez. Statikus IP-cím van fenntartva neki. Szinte bárki létrehozhat ilyen webhelyet a lakásában; kissé módosítania kell a tűzfal beállításait, hogy a portokat a helyi IP-re továbbítsa:
80-80-as HTTP-portok 443-443-as HTTPS-portok 22-22-es portok SSH-hoz
Operációs rendszer Debian disztribúción és kernelen alapul , amely AllWinner chipekkel ellátott szimpla táblákhoz készült.
50 wattos napelem webszerverhez és 10 wattos napelem a nappali megvilágításához a szerző lakásában
A rendszer által generált statikus oldal (helygenerátor Pythonban). A statikus webhelyek gyorsabban töltődnek be, és kevésbé CPU-igényesek, így sokkal energiahatékonyabbak, mint a dinamikusan generált oldalak. Lásd a téma forráskódját. .
Nagyon fontos szempont a képtömörítés, hiszen ezen optimalizálás nélkül szinte lehetetlen 1 megabájtnál kisebb weboldalakat készíteni. Az optimalizálás érdekében úgy döntöttek, hogy a fényképeket féltónusú képekké alakítják. Például itt van egy fénykép női telefonkezelőkről egy kapcsolószekrényen a múlt században, .
És itt van egy méretre optimalizált szürkeárnyalatos kép három színnel (fekete, fehér, szürke). Az optikai csalódás miatt a nézőnek úgy tűnik, hogy háromnál több szín létezik.
A féltónusú fényképeket nemcsak a méret optimalizálása miatt választottuk (ez meglehetősen kétes döntés), hanem esztétikai okokból is. Ez a régi képfeldolgozási technika bizonyos stílusjegyekkel rendelkezik, így az oldal kissé egyedi kialakítású.
Az optimalizálás után a Low-tech Magazine weboldalán 623 illusztráció mérete 194,2 MB-ról 21,3 MB-ra csökkent, azaz 89%-kal.
Minden régi cikket Markdown-ba konvertáltunk az új cikkek írásának megkönnyítése, valamint a biztonsági mentés megkönnyítése érdekében . Minden szkriptet és nyomkövetőt, valamint logót eltávolítottak az oldalról. A program az ügyfél böngészőjében található alapértelmezett betűtípust használja. „Lobóként” - a magazin neve nagybetűkkel, balra nyíllal: LOW←TECH MAGAZINE. Kép helyett csak 16 bájt.
Leállás esetén megszervezték az „offline olvasás” lehetőségét: a szövegek és képek RSS feedbe kerülnek. A 100%-os tartalom gyorsítótárazása engedélyezve van, beleértve a HTML-t is.
Egy másik optimalizálás a HTTP2-beállítások engedélyezése az nginxben, ami kissé csökkenti a forgalmat és az oldalbetöltési időt a HTTP/1.1-hez képest. A táblázat öt különböző oldal eredményeit hasonlítja össze.
| | FP | MI | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46 mp | 1.87 mp | 1.54s | 1.86 s | 1.89 mp | | HTTP2 | 1.30s | 1.49 mp | 1.54s | 1.79 s | 1.55 mp | | Képek | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | megtakarítás | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Teljes nginx konfiguráció:
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 hónapos munka eredménye
A 12. december 2018. és 28. november 2019. közötti időszakban a szerver . Ez azt jelenti, hogy a rossz időjárás miatt az év leállása 399 óra volt.
De ha nem vesszük figyelembe az elmúlt két hónapot, akkor az üzemidő 98,2%, az állásidő pedig csak 152 óra – írják a fejlesztők. Az üzemidő 80%-ra csökkent az elmúlt két hónapban, amikor egy szoftverfrissítés miatt nőtt az energiafogyasztás. Minden este több órára leállt az oldal.
A statisztikák szerint az évben (3. december 2018-tól 24. november 2019-ig) a szerver áramfogyasztása 9,53 kWh volt. A fotovoltaikus rendszerben a feszültségátalakítás és az akkumulátor kisülése miatt jelentős veszteségeket regisztráltak. A napelemes vezérlő 18,10 kWh éves fogyasztást mutatott, ami azt jelenti, hogy a rendszer hatékonysága körülbelül 50%.
Egyszerűsített diagram. Nem mutat 12-5 voltos feszültségváltót és akkumulátor amperóra mérőt
A vizsgált időszakban 865 000 egyedi látogató kereste fel az oldalt. A napelemes rendszer összes energiaveszteségét figyelembe véve az egy látogatóra jutó energiafogyasztás 0,021 Wh volt. Így egy kilowattóra megtermelt napenergia csaknem 50 000 egyedi látogató kiszolgálására elegendő.
A kísérlet során különböző méretű napelemeket teszteltek. A táblázat azt mutatja, hogy mennyi ideig tart a különböző kapacitású akkumulátorok feltöltése különböző méretű napelemek használata esetén.
A webszerver átlagos energiafogyasztása az első évben az összes energiaveszteséggel együtt 1,97 Watt volt. A számítás azt mutatja, hogy az év legrövidebb éjszakáján (8 óra 50 perc, június 21-én) egy weboldal futtatásához 17,40 wattóra, a leghosszabb éjszakán (december 14-én, 49 óra 21 perc) pedig 29,19 wattóra. .XNUMX Wh.
Mivel az ólomakkumulátorok nem merülhetnek fel fél kapacitás alatt, a szervernek 60 Wh-s akkumulátorra van szüksége ahhoz, hogy optimális nappali fény mellett (2x29,19 Wh) túlélje a leghosszabb éjszakát. Az év nagy részében 86,4 Wh-s akkumulátorral és 50 wattos napelemmel működött a rendszer, majd a már említett 95-98%-os üzemidőt is sikerült elérni.
Üzemidő 100%
A 100%-os üzemidő érdekében növelni kell az akkumulátor kapacitását. Egy nap nagyon rossz időjárás kompenzálásához (jelentős energiatermelés nélkül) 47,28 wattóra (24 óra × 1,97 watt) tárhelyre van szükség.
1. december 2019-től 12. január 2020-ig egy 168 wattos akkumulátor került a rendszerbe, melynek praktikus tárolási kapacitása 84 wattóra. Ez elegendő tárhely ahhoz, hogy az oldal két éjszaka és egy napig működjön. A konfigurációt az év legsötétebb időszakában tesztelték, de az időjárás viszonylag jó volt - és a megadott időszakban az üzemidő 100% volt.
De ahhoz, hogy több évre 100%-os üzemidőt biztosítson, gondoskodnia kell a legrosszabb forgatókönyvről, amikor a rossz időjárás több napig is fennáll. A számítás azt mutatja, hogy ahhoz, hogy egy weboldalt négy napig online tarthassunk alacsony vagy energiatermelés nélkül, egy 440 wattóra kapacitású ólom-savas akkumulátorra lenne szükség, ami akkora, mint egy autó akkumulátora.
Gyakorlatilag jó időjárási körülmények között egy 48 Wh-s ólom-savas akkumulátor tartja a szervert egy éjszakán át, márciustól szeptemberig. A 24 Wh-s akkumulátor maximum 6 órát bírja a szervert, vagyis minden este leáll, bár hónaponként eltérő időpontokban.
Általánosságban elmondható, hogy egyes oldalaknak nem kell éjszaka dolgozniuk, amikor minimális a látogatók száma – állítják a Low-tech Magazine srácai. Például, ha ez egy regionális városi kiadvány, ahová más időzónából nem érkeznek látogatók, hanem csak helyi lakosok.
Azaz eltérő forgalmú és eltérő üzemidővel rendelkező telephelyekhez különböző kapacitású akkumulátorok és különböző méretű napelemek szükségesek.
A szerző kiszámítja, hogy mennyi energia szükséges termelés maguk a napelemek (megtestesült energia), és mennyibe kerül, ha ezt az összeget elosztod a várható 10 éves élettartammal.
Ily módon ki lehet számítani a fosszilis tüzelőanyagok egyenértékét, amelyet a panelek gyártása és üzemeltetése során fogyasztanak el. A Low-tech Magazine megállapította, hogy a működés első évében rendszerük (50 W-os panel, 86,4 Wh-s akkumulátor) hozzávetőlegesen 9 kg károsanyag-kibocsátást „termelt”, ami 3 liter benzin elégetésének felel meg: nagyjából annyit, mint egy 50-es. éves személygépkocsi km utazás.
Ha a szervert nem napelemről, hanem az általános elektromos hálózatról táplálják, akkor az egyenértékű kibocsátás hatszor kisebbnek tűnik: 1,54 kg (a spanyol energiaszektorban magas az alternatív energia és az atomerőművek aránya). De ez nem teljesen korrekt összehasonlítás, írja a szerző, mert figyelembe veszi a napelemes infrastruktúra megtestesült energiáját, de nem veszi figyelembe ezt a mutatót az általános energiahálózatra, vagyis annak kiépítési és támogatási költségeit. .
További fejlesztések
Az elmúlt időszakban számos optimalizálást hajtottak végre, amelyek csökkentették a szerver energiafogyasztását. Például egy ponton a fejlesztő észrevette, hogy a teljes 6,63 TB forgalomból 11,15 TB-ot generált egy helytelen RSS-hírcsatorna implementáció, amely néhány percenként húzta le a tartalmat. A hiba kijavítása után a szerver energiafogyasztása (az energiaveszteségek nélkül) 1,14 W-ról körülbelül 0,95 W-ra csökkent. A nyereség csekélynek tűnhet, de a 0,19 W-os különbség napi 4,56 wattórát jelent, ami több mint 2,5 órás akkumulátor-üzemidőnek felel meg a szerver számára.
Az első évben a hatékonyság csak 50% volt. Veszteségek figyelhetők meg az akkumulátor töltésénél és kisütésénél (22%), valamint a feszültség 12 V-ról (napelemes rendszer) 5 V-ra (USB) történő átalakításakor, ahol a veszteségek akár 28% is voltak. A fejlesztő bevallotta, hogy van egy szuboptimális feszültségátalakítója (beépített USB nélküli vezérlő), így optimalizálhatja ezt a pontot, vagy válthat 5 V-os napelemes telepítésre.
Az energiatárolás hatékonyságának javítása érdekében az ólom-savas akkumulátorokat ki lehet cserélni drágább lítium-ion akkumulátorokra, amelyeknek kisebb a töltési/kisütési vesztesége (<10%). A tervező most egy kompakton gondolkodik (CAES), amelynek élettartama több évtizedes, ami kisebb szénlábnyomot jelent a gyártás során.
Kompakt sűrített levegős energiatároló,
Egy további szélturbina telepítését fontolgatják (lehet ) és egy napelemes nyomkövető felszerelését, amely a paneleket a nap felé fordítja. A nyomkövető lehetővé teszi az áramtermelés 30%-os növelését.
A rendszer hatékonyságának növelésének másik módja a méretezés. Növeljen több webhelyet a szerveren, és indítson több szervert. Ekkor csökken a telephelyenkénti energiafogyasztás.
Napelemes hosting cég. Illusztráció: Diego Marmolejo
Ha az egész lakás erkélyét letakarja napelemekkel, és nyit egy napelemes webtárhelyet, akkor az ügyfélenkénti költség lényegesen alacsonyabb lesz, mint egyetlen webhely esetében: méretgazdaságosság.
Összességében ez a kísérlet azt mutatja, hogy bizonyos korlátok mellett teljesen lehetséges, hogy a számítógépes infrastruktúra megújuló energiaforrásokkal működjön.
Elméletileg egy ilyen szerver akár akkumulátor nélkül is meglenni, ha a világ más részein tükröződik. Például telepítsen tükröket Új-Zélandon és Chilében. Ott a napelemek működni fognak, amikor éjszaka van Barcelonában.
Forrás: will.com