Fyrsta frumgerð sólarmiðlara með hleðslustýringu. Mynd:
Í september 2018, áhugamaður frá Low-tech Magazine . Markmiðið var að minnka orkunotkun svo mikið að ein sólarrafhlaða myndi nægja fyrir heimaþjón sem hýst sjálfur. Þetta er ekki auðvelt, því síðan verður að virka 24 tíma á dag. Við skulum sjá hvað gerðist á endanum.
Þú getur farið á netþjóninn , athugaðu núverandi orkunotkun og hleðslustig rafhlöðunnar. Síðan er fínstillt fyrir lágmarksfjölda beiðna frá síðunni og lágmarks umferð, þannig að hún ætti að standast aukningu í umferð frá Habr. Samkvæmt útreikningum framkvæmdaraðila er orkunotkun á hvern einstakan gest 0,021 Wh.
Rétt fyrir dögun 31. janúar 2020 var 42% rafhlaða eftir. Dögun í Barcelona klukkan 8:04 að staðartíma en eftir það ætti straumur að renna frá sólarplötunni.
Hvers vegna?
Fyrir tíu árum síðan sérfræðingar að þróun internetsins stuðli að „afefnisvæðingu“ samfélagsins, alhliða stafrænni væðingu - og þar af leiðandi minnkun á heildarorkunotkun. Þeir höfðu rangt fyrir sér. Reyndar krafðist internetið sjálft , og þetta magn heldur áfram að vaxa.
Upplýsingatæknifyrirtæki hafa hafið frumkvæði til að skipta yfir í aðra aflgjafa, en það er nú ómögulegt. Öll gagnaver eyða þrisvar sinnum meiri orku en allar sólar- og vindvirkjanir í heiminum framleiða. Jafnvel verra, framleiðsla og regluleg skipti á sólarrafhlöðum og vindmyllum , þess vegna er einfaldlega ómögulegt í dag að yfirgefa jarðefnaeldsneyti (olíu, gas, úran). En þessir birgðir munu ekki endast lengi, þannig að við verðum óhjákvæmilega að hugsa um hvernig við getum lifað á endurnýjanlegum orkugjöfum. Þar á meðal rekstur tölvuinnviða, þar á meðal vefþjóna.
Lágtækni tímarit Vefsíður blása of fljótt út. Meðalsíðustærð jókst frá 2010 til 2018 , og fyrir farsímasíður - frá 0,15 MB til 1,6 MB, varlega mat.
Aukning í umferð (orkan sem þarf til að senda 1 megabæti af upplýsingum), sem veldur stöðugri aukningu á orkunotkun internetsins. Þyngri og hlaðnara síður auka ekki aðeins álagið á netinnviðina heldur stytta einnig „lífsferil“ tölva og snjallsíma, sem þarf að henda oftar og framleiða nýjar, sem einnig .
Og auðvitað skapast aukið vinnuálag af lífsstílnum sjálfum: fólk eyðir nánast öllum tíma sínum á netinu og treystir mikið á ýmsa vefþjónustu. Það er nú þegar erfitt að ímynda sér nútímasamfélag án upplýsingatækniinnviða í skýi (samfélagsnet, spjallforrit, póstur osfrv.)
Stilling netþjóns og vefsíðu
В Vélbúnaðarstillingu og hugbúnaðarstafla vefþjónsins er lýst í smáatriðum.
Eins borðs tölva valið fyrir litla orkunotkun og gagnlega viðbótareiginleika eins og orkustjórnunarkubba . Það gerir þér kleift að biðja um tölfræði um núverandi spennu og straum frá borði og rafhlöðu. Örrásin skiptir sjálfkrafa um rafmagn á milli rafhlöðunnar og DC tengisins, þar sem straumur flæðir frá sólarplötunni. Þannig er ótruflaður aflgjafi til netþjónsins með rafhlöðustuðningi mögulegur.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Upphaflega var litíum-fjölliða rafhlaða með afkastagetu upp á 6600 mAh (um 24 Wh) valin sem rafhlaða, síðan var sett upp blý-sýru rafhlaða með afkastagetu upp á 84,4 Wh.
Stýrikerfið ræsir af SD kortinu. Þó að stýrikerfið taki ekki meira en 1 GB og kyrrstæða vefsíðan sé um 30 MB, þá var ekkert efnahagslegt vit í því að kaupa minni kort en Class 10 16 GB.
Miðlarinn tengist internetinu í gegnum 100Mbps heimatengingu í Barcelona og venjulegum neytendabeini. Stöðugt IP-tala er frátekið fyrir það. Næstum hver sem er getur sett upp slíka síðu í íbúðinni sinni; þú þarft að breyta aðeins eldveggstillingunum til að framsenda tengi á staðbundið IP:
Port 80 til 80 fyrir HTTP Port 443 til 443 fyrir HTTPS Port 22 til 22 fyrir SSH
Stýrikerfi byggt á Debian dreifingu og kjarna , sem er hannað fyrir stök borð með AllWinner flögum.
50 watta sólarpanel fyrir vefþjón og 10 watta sólarpanel til að lýsa stofu í íbúð höfundar
Statísk síða mynduð af kerfinu (síðugenerator í Python). Stöðugar síður hlaðast hraðar og eru minni örgjörvafrekar, þannig að þær eru mun orkusparnari en breytilegar framleiddar síður. Sjá frumkóðann fyrir þemað. .
Mjög mikilvægt atriði er myndþjöppun, þar sem án þessarar hagræðingar er nánast ómögulegt að gera vefsíður minni en 1 megabæti. Til hagræðingar var ákveðið að breyta ljósmyndunum í hálftónamyndir. Hér er til dæmis mynd af símakonum á skiptiborði á síðustu öld, .
Og hér er fínstillt grátónamynd af stærð með þremur litum (svartur, hvítur, grár). Vegna sjónblekkingarinnar sýnist áhorfandanum að litirnir séu fleiri en þrír.
Hálftónaljósmyndir voru valdar ekki aðeins til að hámarka stærð (frekar vafasöm ákvörðun), heldur einnig af fagurfræðilegum ástæðum. Þessi gamla myndvinnslutækni býr yfir ákveðnum stíleinkennum þannig að síðan hefur nokkuð einstaka hönnun.
Eftir hagræðingu fækkaði 623 myndskreytingum á vefsíðu Low-tech Magazine úr 194,2 MB í 21,3 MB, það er um 89%.
Öllum gömlum greinum var breytt í Markdown til að auðvelda ritun nýrra greina, sem og til að auðvelda öryggisafrit í gegnum . Öll handrit og rekja spor einhvers, sem og lógó, voru fjarlægð af síðunni. Sjálfgefið leturgerð í vafra viðskiptavinar er notað. Sem „lógó“ - heiti tímaritsins með hástöfum með ör til vinstri: LOW←TECH TÍMARIT. Aðeins 16 bæti í stað myndar.
Ef um stöðvun er að ræða hefur möguleikinn á „lestri án nettengingar“ verið skipulagður: textar og myndir eru fluttar út á RSS straum. Skyndiminni á 100% efni er virkt, þar á meðal HTML.
Önnur hagræðing er að virkja HTTP2 stillingar í nginx, sem dregur aðeins úr umferð og dregur úr hleðslutíma síðu samanborið við HTTP/1.1. Taflan ber saman niðurstöður fyrir fimm mismunandi síður.
| | FP | VIÐ | 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 | | Myndir | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | sparnaður | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Full nginx stilling:
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;
}Niðurstaða 15 mánaða vinnu
Fyrir tímabilið frá 12. desember 2018 til 28. nóvember 2019 sýndi þjónninn . Þetta þýðir að vegna óveðurs var stöðvunartími ársins 399 klst.
En ef þú tekur ekki með í reikninginn síðustu tvo mánuði, var spenntur 98,2%, og niður í miðbæ var aðeins 152 klukkustundir, skrifa verktaki. Spenntur fór niður í 80% á síðustu tveimur mánuðum þegar orkunotkun jókst vegna hugbúnaðaruppfærslu. Á hverju kvöldi fór síðan niður í nokkrar klukkustundir.
Samkvæmt tölfræði, fyrir árið (frá 3. desember 2018 til 24. nóvember 2019), var raforkunotkun netþjónsins 9,53 kWst. Talsvert tap hefur verið á ljósakerfinu vegna spennubreytingar og rafhlöðuafhleðslu. Sólarstýringin sýndi 18,10 kWh ársnotkun, sem þýðir að kerfisnýtingin er um 50%.
Einfölduð skýringarmynd. Það sýnir ekki spennubreytir frá 12 til 5 volt og rafhlöðu amperstundamæli
Á rannsóknartímabilinu heimsóttu 865 einstakir gestir síðuna. Að meðtöldum öllu orkutapi í sólarorkustöðinni var orkunotkun á hvern einstakan gest 000 Wh. Þannig nægir ein kílóvattstund af framleidd sólarorku til að þjóna tæplega 0,021 einstökum gestum.
Í tilrauninni voru sólarrafhlöður af mismunandi stærðum prófaðar. Taflan sýnir útreikninga á því hversu langan tíma það tekur að hlaða rafhlöður af mismunandi getu þegar notuð eru sólarrafhlöður af mismunandi stærð.
Meðalorkunotkun vefþjónsins fyrsta árið, með öllu orkutapi, var 1,97 vött. Útreikningurinn sýnir að rekstur vefsíðu á einni nóttu á stystu nótt ársins (8 klukkustundir 50 mínútur, 21. júní) krefst 17,40 wattstunda af geymsluafli og á lengstu nóttinni (14 klukkustundir 49 mínútur, 21. desember) þarftu 29,19 .XNUMX Wh.
Þar sem blýsýrurafhlöður ættu ekki að tæmast undir helmingi getu, þarf þjónninn 60 Wh rafhlöðu til að lifa af lengstu nóttina með ákjósanlegri dagsbirtu (2x29,19 Wh). Mestan hluta ársins virkaði kerfið með 86,4 Wh rafhlöðu og 50 watta sólarplötu og þá náðist fyrrnefndur 95-98% spenntur.
Spenntur 100%
Fyrir 100% spennutíma er nauðsynlegt að auka rafhlöðuna. Til að bæta upp einn dag af mjög slæmu veðri (án umtalsverðrar orkuöflunar) þarf 47,28 wattstunda (24 klst × 1,97 wött) geymslu.
Frá 1. desember 2019 til 12. janúar 2020 var 168 watta rafhlaða sett í kerfið sem hefur hagnýt geymslurými upp á 84 wattstundir. Þetta er næg geymsla til að halda síðunni gangandi í tvær nætur og einn dag. Stillingin var prófuð á dimmasta tímabili ársins, en veðrið var tiltölulega gott - og á tilgreindu tímabili var spenntur 100%.
En til að tryggja 100% spennutíma í nokkur ár, verður þú að sjá fyrir versta tilviki, þegar slæmt veður varir í nokkra daga. Útreikningurinn sýnir að til að halda vefsíðu á netinu í fjóra daga með litla eða enga orkuöflun, þyrfti blýsýrurafhlöðu með 440 wattstunda afkastagetu, sem er á stærð við bílrafhlöðu.
Í reynd, í góðu veðri, mun 48 Wh blýsýru rafhlaða halda þjóninum í gangi yfir nótt frá mars til september. 24 Wh rafhlaða endist þjóninn í að hámarki 6 klukkustundir, sem þýðir að hún slekkur á hverju kvöldi, þó á mismunandi tímum eftir mánuði.
Í stórum dráttum þurfa sumar síður ekki að vinna á nóttunni, þegar fjöldi gesta er í lágmarki, segja strákarnir frá Low-tech Magazine. Til dæmis ef þetta er svæðisbundið borgarrit, þar sem gestir frá öðrum tímabeltum koma ekki heldur aðeins heimamenn.
Það er, fyrir síður með mismunandi umferð og mismunandi spennutíma, þarf rafhlöður af mismunandi getu og sólarplötur af mismunandi stærð.
Höfundur gefur út útreikning á því hversu mikla orku þarf fyrir framleiðslu sólarrafhlöðurnar sjálfar (embodied orka) og hversu mikið það kemur út ef þú deilir þessari upphæð með áætluðum endingartíma upp á 10 ár.
Þannig er hægt að reikna út ígildi jarðefnaeldsneytis sem neytt er við framleiðslu og rekstur spjaldanna. Low-tech Magazine komst að því að á fyrsta rekstrarárinu „myndaði“ kerfið þeirra (50 W pallborð, 86,4 Wh rafhlaða) um það bil 9 kg af útblæstri, eða jafngildi þess að brenna 3 lítrum af bensíni: um það bil það sama og 50- ársgamall fólksbíll km ferð.
Ef þjónninn er ekki knúinn frá sólarrafhlöðum, heldur frá almennu raforkukerfi, þá virðist samsvarandi losun vera sexfalt minni: 1,54 kg (í spænska orkugeiranum er mikið hlutfall annars konar orku og kjarnorkuvera). En þetta er ekki alveg réttur samanburður, skrifar höfundurinn, vegna þess að hann tekur mið af innbyggðri orku sólarmannvirkisins, en tekur ekki tillit til þessa vísis fyrir heildarorkukerfið, það er kostnaðinn við byggingu þess og stuðning. .
Frekari endurbætur
Undanfarin tíma hefur fjöldi hagræðinga verið framkvæmdar sem hafa dregið úr orkunotkun netþjóna. Til dæmis, á einum tímapunkti tók verktaki eftir því að 6,63 TB af heildar 11,15 TB af umferð var mynduð af einni rangri RSS-straumsútfærslu sem dró efni á nokkurra mínútna fresti. Eftir að hafa lagað þessa villu minnkaði orkunotkun netþjónsins (að orkutapi undanskildum) úr 1,14 W í um það bil 0,95 W. Hagnaðurinn kann að virðast lítill, en 0,19 W munur þýðir 4,56 wattstundir á dag, sem samsvarar meira en 2,5 klukkustunda rafhlöðulífi fyrir netþjóninn.
Fyrsta árið var skilvirkni aðeins 50%. Tap varð vart við hleðslu og afhleðslu rafhlöðunnar (22%), sem og þegar spennan var breytt úr 12 V (sólarvökvakerfi) í 5 V (USB), þar sem tapið var allt að 28%. Framkvæmdaraðilinn viðurkennir að hann sé með óhagkvæman spennubreyti (stýribúnaður án innbyggðs USB), svo þú getur fínstillt þennan punkt eða skipt yfir í 5V sólaruppsetningu.
Til að auka skilvirkni orkugeymslu er hægt að skipta út blýsýrurafhlöðum fyrir dýrari litíumjónarafhlöður, sem hafa minna hleðslutap/losunartap (<10%). Nú er hönnuðurinn að íhuga samning (CAES), sem hefur áratuga líftíma, sem þýðir minna kolefnisfótspor á framleiðslu þess.
Fyrirferðarlítill orkusafn fyrir þjappað loft,
Verið er að skoða uppsetningu á viðbótarvindmyllu (það getur verið ) og setja upp sólarorkutæki til að snúa spjöldum í átt að sólinni. Tracker gerir þér kleift að auka raforkuframleiðslu um 30%.
Önnur leið til að auka skilvirkni kerfisins er að stækka það. Hækkaðu fleiri vefsíður á þjóninum og ræstu fleiri netþjóna. Þá minnkar orkunotkun á hvern stað.
Sólarhýsingarfyrirtæki. Myndskreyting: Diego Marmolejo
Ef þú hylur allar svalirnar þínar með sólarrafhlöðum og opnar sólarvefhýsingarfyrirtæki, verður kostnaður á hvern viðskiptavin verulega lægri en fyrir eina vefsíðu: stærðarhagkvæmni.
Á heildina litið sýnir þessi tilraun að miðað við ákveðnar takmarkanir er algjörlega mögulegt fyrir tölvuinnviði að ganga fyrir endurnýjanlegum orkugjöfum.
Fræðilega séð gæti slíkur netþjónn jafnvel verið án rafhlöðu ef hann er spegill í öðrum heimshlutum. Settu til dæmis upp spegla í Nýja Sjálandi og Chile. Þar munu sólarrafhlöður virka þegar það er nótt í Barcelona.
Heimild: www.habr.com