{"id":40651,"date":"2020-02-02T21:02:01","date_gmt":"2020-02-02T18:02:01","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/domashnij-veb-server-na-solnechnyh-batareyah-otrabotal-15-mesyaczev-aptajm-9526"},"modified":"2020-02-02T21:02:01","modified_gmt":"2020-02-02T18:02:01","slug":"domashnij-veb-server-na-solnechnyh-batareyah-otrabotal-15-mesyaczev-aptajm-9526","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/domashnij-veb-server-na-solnechnyh-batareyah-otrabotal-15-mesyaczev-aptajm-9526","title":{"rendered":"Il server web domestico alimentato a energia solare ha funzionato per 15 mesi: uptime 95,26%","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Il<\/a><\/noindex>
\nIl primo prototipo di server solare con controller di carica. Foto: solar.lowtechmagazine.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Nel settembre 2018, un appassionato di Low-tech Magazine ha lanciato un progetto di \"server web a bassa tecnologia\"<\/a><\/noindex>. L'obiettivo era ridurre il consumo energetico al punto da far funzionare un server domestico self-hosted con un solo pannello solare. Non \u00e8 facile, poich\u00e9 il sito deve funzionare 24 ore su 24. Vediamo quale sia stato il risultato finale.<\/p>\n

Puoi accedere al server solar.lowtechmagazine.com<\/a><\/noindex>, controllare l'attuale consumo energetico e il livello di carica della batteria. Il sito \u00e8 ottimizzato per il minor numero possibile di richieste per pagina e traffico minimo, quindi dovrebbe resistere a un picco di visitatori provenienti da Habr. Secondo i calcoli del designer, il consumo energetico per unico visitatore \u00e8 di 0,021 Wh.
\n<\/a><\/noindex>
\nPoco prima dell'alba del 31 gennaio 2020, aveva il 42% di carica della batteria rimasta. L'alba a Barcellona \u00e8 alle 8:04 ora locale, dopo di che dovrebbe partire la corrente dal pannello solare.<\/p>\n

\"Il
\n<\/p>\n

Perch\u00e9?<\/h1>\n

\nDieci anni fa, gli esperti prevedevano<\/a><\/noindex>, che lo sviluppo di Internet portasse a una \"dematerializzazione\" della societ\u00e0, a una digitalizzazione generale \u2014 e, di conseguenza, a una riduzione del consumo energetico totale. Si sbagliavano. In realt\u00e0, Internet stesso richiese ingenti quantit\u00e0 di energia<\/a><\/noindex>, e queste quantit\u00e0 continuano a crescere.<\/p>\n

Le aziende IT hanno avviato iniziative per passare a fonti di energia alternative, ma ora \u00e8 impossibile. Tutti i data center consumano tre volte pi\u00f9 energia di quanto generino tutte le installazioni solari e eoliche del mondo. Peggio ancora, la produzione e la sostituzione regolare di pannelli solari e turbine eoliche richiede anch'essa energia<\/a><\/noindex>, quindi rinunciare ai combustibili fossili (petrolio, gas, uranio) oggi \u00e8 semplicemente impossibile. Ma queste riserve non dureranno a lungo, quindi dovremo inevitabilmente pensare a come vivere con fonti rinnovabili. Compresa l'operativit\u00e0 delle infrastrutture informatiche, inclusi i server web.<\/p>\n

Low-tech Magazine considera un problema<\/a><\/noindex> l'eccessivo gonfiamento delle pagine web. Dal 2010 al 2018, la dimensione media della pagina \u00e8 aumentata da 0,45 MB a 1,7 MB<\/a><\/noindex>, e per i siti mobili \u2014 da 0,15 MB a 1,6 MB, secondo una stima conservativa.<\/p>\n

L'aumento del traffico supera i progressi in efficienza energetica<\/a><\/noindex> (energia necessaria per trasmettere 1 megabyte di informazioni), il che causa un costante aumento del consumo energetico di Internet. Siti pi\u00f9 pesanti e affollati non solo aumentano il carico sull'infrastruttura di rete, ma accorciano anche il \"ciclo di vita\" di computer e smartphone, che devono essere smaltiti pi\u00f9 spesso e sostituiti, il che \u00e8 anch'esso un processo molto dispendioso in termini di energia<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

E naturalmente, l'aumento del carico \u00e8 generato dallo stile di vita stesso: le persone trascorrono quasi tutto il loro tempo su Internet e si affidano in gran parte a vari servizi web. Oggi \u00e8 difficile immaginare la societ\u00e0 moderna senza infrastrutture IT basate sul cloud (social network, messaggeri, email, ecc.)<\/p>\n

La configurazione del server e del sito web<\/h1>\n

\nIn questo articolo<\/a><\/noindex> descrive in dettaglio la configurazione hardware e il software del server web.<\/p>\n

Un computer a scheda singola Olimex Olinuxino A20 Lime 2<\/a><\/noindex> \u00e8 stato scelto per il basso consumo energetico e per utili funzionalit\u00e0 aggiuntive, come la presenza di un chip di gestione dell'alimentazione AXP209<\/a><\/noindex>. Questo chip consente di richiedere statistiche sulla tensione e sulla corrente in corso dalla scheda e dalla batteria. Il chip commuta automaticamente l'alimentazione tra la batteria e la porta DC, dove fluisce la corrente dal pannello solare. In questo modo, \u00e8 possibile garantire un'alimentazione continua al server con supporto per la batteria.<\/p>\n

\"Il
\nOlimex Olinuxino A20 Lime 2<\/i><\/p>\n

Inizialmente \u00e8 stata scelta una batteria agli ioni di litio da 6600 mAh (circa 24 Wh), poi \u00e8 stata installata una batteria al piombo-acido da 84,4 Wh.<\/p>\n

Il sistema operativo si avvia da una scheda SD. Anche se l'OS occupa non pi\u00f9 di 1 GB, e un sito web statico circa 30 MB, non c'era alcun senso economico nell'acquistare una scheda pi\u00f9 piccola di Class 10 16 GB.<\/p>\n

Il server \u00e8 collegato a Internet tramite una connessione domestica da 100 megabit a Barcellona e un router consumer standard. \u00c8 riservato un indirizzo IP statico. Praticamente chiunque pu\u00f2 creare un sito del genere nel proprio appartamento, \u00e8 necessario modificare lievemente le impostazioni del firewall per il forwarding delle porte all'IP locale:<\/p>\n

Port 80 to 80 for HTTP\nPort 443 to 443 for HTTPS\nPort 22 to 22 for SSH<\/pre>\n
\nIl sistema operativo Armbian Stretch<\/a><\/noindex> basato sulla distribuzione Debian e sul kernel SUNXI<\/a><\/noindex>, sviluppato per schede singole con chip AllWinner.<\/p>\n
\"Il
\nUn pannello solare da 50 watt per il server web e un pannello da 10 watt per l'illuminazione del soggiorno nell'appartamento dell'autore<\/i><\/p>\n
Il sito statico \u00e8 stato generato dal sistema Pelican<\/a><\/noindex> (generatore di siti web in Python). I siti statici si caricano pi\u00f9 rapidamente e non sovraccaricano la CPU, quindi sono molto pi\u00f9 efficienti rispetto alle pagine generate dinamicamente, in termini di consumo energetico. Il codice sorgente del tema \u00e8. qui<\/a><\/noindex>.<\/p>\n
Un aspetto molto importante \u00e8 la compressione delle immagini, poich\u00e9 senza questa ottimizzazione \u00e8 praticamente impossibile rendere le pagine web pi\u00f9 piccole di 1 megabyte. Per l'ottimizzazione, \u00e8 stata presa la decisione di convertire le foto in immagini in scala di grigi. Ad esempio, ecco una foto di operatrici telefoniche ai commutatori nel secolo scorso. 253 KB<\/a><\/noindex>.<\/p>\n
\"Il
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\nEcco un'immagine in scala di grigi ottimizzata di dimensioni 36,5 KB<\/a><\/noindex> con tre colori (nero, bianco, grigio). Grazie a un'illusione ottica, lo spettatore ha l'impressione che ci siano pi\u00f9 di tre colori.<\/p>\n
\"Il
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\nLe fotografie in scala di grigi sono state scelte non solo per l'ottimizzazione della dimensione (una decisione piuttosto discutibile), ma anche per motivi estetici. Questa antica tecnica di elaborazione delle immagini ha determinate caratteristiche stilistiche, dando al sito un design unico in un certo senso.<\/p>\n
623 illustrazioni sul sito della rivista Low-tech Magazine dopo l'ottimizzazione sono diminuite da 194,2 MB a 21,3 MB, ovvero dell'89%.<\/p>\n
Tutti i vecchi articoli sono stati convertiti in Markdown per semplificare la scrittura di nuovi articoli, nonch\u00e9 per facilitare il backup tramite git<\/a><\/noindex>. Sono stati rimossi tutti gli script e i tracker dal sito, compresi i loghi. Viene utilizzato il font predefinito nel browser del cliente. Come \"logo\" - il nome della rivista in maiuscolo con una freccia verso sinistra: LOW\u2190TECH MAGAZINE. Solo 16 byte invece di un'immagine.<\/p>\n
In caso di inattivit\u00e0, \u00e8 organizzata la possibilit\u00e0 di \"lettura offline\": testi e immagini vengono esportati in un feed RSS. \u00c8 stata attivata la memorizzazione nella cache del 100% dei contenuti, compreso l'HTML.<\/p>\n
Un'altra ottimizzazione \u00e8 l'abilitazione della configurazione HTTP2 in nginx, che riduce leggermente il traffico e accorcia i tempi di caricamento delle pagine, rispetto a HTTP\/1.1. La tabella confronta i risultati per cinque pagine diverse.<\/p>\n
| | FP | WE | HS | FW | CW |\n|----------|-------|-------|-------|-------|-------|\n| HTTP\/1.1 | 1.46s | 1.87s | 1.54s | 1.86s | 1.89s |\n| HTTP2 | 1.30s | 1.49s | 1.54s | 1.79s | 1.55s |\n| Immagini | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 |\n| risparmi | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |<\/pre>\n
Configurazione completa di nginx:<\/p>\n
root@solarserver:\/var\/log\/nginx# cat \/etc\/nginx\/sites-enabled\/solar.lowtechmagazine.com\n\n# Mappa delle scadenze\nmap $sent_http_content_type $expires {\ndefault off;\ntext\/html 7d;\ntext\/css max;\napplication\/javascript max;\n~image\/ max;\n}\n\nserver {\nlisten 80;\nserver_name solar.lowtechmagazine.com;\n\nlocation \/ {\nreturn 301 https:\/\/$server_name$request_uri;\n}\n}\n\nserver{\nlisten 443 ssl http2;\nserver_name solar.lowtechmagazine.com;\n\ncharset UTF-8; #ottimizza la velocit\u00e0 della pagina inviando il charset con la prima risposta.\n\nlocation \/ {\nroot \/var\/www\/html\/;\nindex index.html;\nautoindex off;\n}\n\n\n#Caching (salva le pagine html per 7 giorni, il resto il pi\u00f9 a lungo possibile, nessuna cache sulla homepage)\nexpires $expires;\n\nlocation @index {\nadd_header Last-Modified $date_gmt;\nadd_header Cache-Control 'no-cache, no-store';\netag off;\nexpires off;\n}\n\n#error_page 404 \/404.html;\n\n# reindirizza le pagine di errore del server alla pagina statica \/50x.html\n#error_page 500 502 503 504 \/50x.html;\n#location = \/50x.html {\n# root \/var\/www\/;\n#}\n\n#Compression\n\ngzip on;\ngzip_disable \"msie6\";\ngzip_vary on;\ngzip_comp_level 6;\ngzip_buffers 16 8k;\ngzip_http_version 1.1;\ngzip_types text\/plain text\/css application\/json application\/javascript text\/xml application\/xml application\/xml+rss text\/javascript;\n\n\n#Caching (salva la pagina html per 7 giorni, il resto il pi\u00f9 a lungo possibile)\nexpires $expires;\n\n# Logs\naccess_log \/var\/log\/nginx\/solar.lowtechmagazine.com_ssl.access.log;\nerror_log \/var\/log\/nginx\/solar.lowtechmagazine.com_ssl.error.log;\n\n# Impostazioni SSL:\nssl_certificate \/etc\/letsencrypt\/live\/solar.lowtechmagazine.com\/fullchain.pem;\nssl_certificate_key \/etc\/letsencrypt\/live\/solar.lowtechmagazine.com\/privkey.pem;\n\n# Migliora le prestazioni HTTPS con il ripristino della sessione\nssl_session_cache shared:SSL:10m;\nssl_session_timeout 5m;\n\n# Abilitare la protezione lato server contro gli attacchi BEAST\nssl_prefer_server_ciphers on;\nssl_ciphers ECDH+AESGCM:ECDH+AES256:ECDH+AES128:DH+3DES:!ADH:!AECDH:!MD5;\n\n# Disabilitare SSLv3\nssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;\n\n# Ridurre la dimensione del buffer per aumentare TTFB\nssl_buffer_size 4k;\n\n# Parametro Diffie-Hellman per le suite di crittografia DHE\n# $ sudo openssl dhparam -out \/etc\/ssl\/certs\/dhparam.pem 4096\nssl_dhparam \/etc\/ssl\/certs\/dhparam.pem;\n\n# Abilitare HSTS (https:\/\/developer.mozilla.org\/en-US\/docs\/Security\/HTTP_Strict_Transport_Security)\nadd_header Strict-Transport-Security \"max-age=63072000; includeSubdomains\";\n\n# Abilitare l'OCSP stapling (http:\/\/blog.mozilla.org\/security\/2013\/07\/29\/ocsp-stapling-in-firefox)\nssl_stapling on;\nssl_stapling_verify on;\nssl_trusted_certificate \/etc\/letsencrypt\/live\/solar.lowtechmagazine.com\/fullchain.pem;\nresolver 87.98.175.85 193.183.98.66 valid=300s;\nresolver_timeout 5s;\n}<\/code><\/pre>\n
<\/p>\n
Risultati di 15 mesi di attivit\u00e0<\/h1>\n
\nNel periodo dal 12 dicembre 2018 al 28 novembre 2019, il server ha mostrato un uptime del 95,26%.<\/a><\/noindex>Ci\u00f2 significa che a causa del maltempo, il downtime annuale \u00e8 stato di 399 ore.<\/p>\n
Tuttavia, se si escludono gli ultimi due mesi, il tempo di operativit\u00e0 \u00e8 stato del 98,2%, con solo 152 ore di inattivit\u00e0, riferiscono gli sviluppatori. Il tempo di operativit\u00e0 \u00e8 sceso all'80% durante gli ultimi due mesi, quando il consumo energetico \u00e8 aumentato a causa di un aggiornamento del software. Ogni notte il sito si spegneva per alcune ore.<\/p>\n
Secondo le statistiche, nel corso dell'anno (dal 3 dicembre 2018 al 24 novembre 2019) il consumo di energia del server \u00e8 stato di 9,53 kWh. Sono state registrate significative perdite nel sistema fotovoltaico a causa della conversione della tensione e della scarica della batteria. Il controller solare ha mostrato un consumo annuale di 18,10 kWh, il che significa un'efficienza del sistema di circa il 50%.<\/p>\n
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\nSchema semplificata. Non mostrano il convertitore di tensione da 12 a 5 volt e il contatore degli ampere-ora della batteria.<\/i><\/p>\n
Nel periodo analizzato, il sito ha ricevuto 865.000 visitatori unici. Compreso il consumo energetico totale dell'impianto solare, il consumo energetico per visitatore unico \u00e8 stato di 0,021 Wh. Pertanto, un kilowattora di energia solare \u00e8 sufficiente per gestire quasi 50.000 visitatori unici.<\/p>\n
Durante l'esperimento, sono stati testati pannelli solari di diverse dimensioni. La tabella riporta i calcoli su quanto tempo ci vorr\u00e0 per caricare batterie di diverse capacit\u00e0 utilizzando pannelli solari di diverse dimensioni.<\/p>\n
\"Il
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\nLa potenza media consumata dal server web durante il primo anno, inclusi tutti i consumi energetici, \u00e8 stata di 1,97 W. I calcoli mostrano che per mantenere il sito web attivo durante la notte pi\u00f9 corta dell'anno (8 ore e 50 minuti, 21 giugno) sono necessari 17,40 Wh di capacit\u00e0 di accumulo, mentre nella notte pi\u00f9 lunga (14 ore e 49 minuti, 21 dicembre) sono necessari 29,19 Wh.<\/p>\n
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\nPoich\u00e9 le batterie al piombo-acido non devono scaricarsi al di sotto della met\u00e0 della capacit\u00e0, il server richiede una batteria da 60 Wh per sopravvivere alla notte pi\u00f9 lunga in condizioni ottimali di luce diurna (2\u00d729,19 Wh). Per la maggior parte dell'anno, il sistema ha funzionato con una batteria da 86,4 Wh e un pannello solare da 50 W, raggiungendo cos\u00ec un uptime tra il 95% e il 98%.<\/p>\n
Uptime 100%<\/h1>\n
\nPer ottenere un uptime del 100% \u00e8 necessario aumentare la capacit\u00e0 delle batterie. Per compensare un giorno di maltempo (senza una generazione significativa di energia) sono necessari 47,28 Wh (24 ore \u00d7 1,97 W) di capacit\u00e0 di accumulo.<\/p>\n
Dal 1 dicembre 2019 al 12 gennaio 2020, \u00e8 stata installata una batteria da 168 W, con una capacit\u00e0 pratica di accumulo di 84 Wh. Questa quantit\u00e0 di accumulo \u00e8 sufficiente per mantenere il sito operativo per due notti e un giorno. La configurazione \u00e8 stata testata nel periodo pi\u00f9 buio dell'anno, ma il tempo \u00e8 stato relativamente buono, e durante il periodo indicato il tempo di attivit\u00e0 senza interruzioni \u00e8 stato del 100%.<\/p>\n
Tuttavia, per garantire un uptime del 100% per diversi anni, \u00e8 necessario pianificare anche lo scenario peggiore, in cui il maltempo persiste per diversi giorni. I calcoli mostrano che, per mantenere il sito online per quattro giorni con bassa o zero generazione di energia, sar\u00e0 necessaria una batteria al piombo-acido con una capacit\u00e0 di 440 Wh, ovvero delle dimensioni di una batteria per auto.<\/p>\n
Nella pratica, in buone condizioni meteorologiche, una batteria al piombo-acido con capacit\u00e0 di 48 Wh supporter\u00e0 il server durante la notte da marzo a settembre. Una batteria da 24 Wh manterr\u00e0 il server acceso per un massimo di 6 ore, il che significa che si spegner\u00e0 ogni notte, anche se a orari diversi, a seconda del mese.<\/p>\n
In generale, a alcuni siti non \u00e8 necessario funzionare di notte, quando il numero di visitatori \u00e8 minimo, secondo i ragazzi di Low-tech Magazine. Ad esempio, se si tratta di una pubblicazione locale regionale, alla quale non accedono visitatori da altri fusi orari, ma solo residenti locali.<\/p>\n
Quindi, per siti con diverse affluenze e uptime, sono necessarie batterie di diverse capacit\u00e0 e pannelli solari di diverse dimensioni.<\/p>\n
\"Il
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\n\"Il
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\nL'autore fornisce un calcolo su quanta energia \u00e8 necessaria per la produzione<\/i> dei pannelli solari stessi (energy embodied) e quanto si ottiene dividendo questo numero per la vita attesa di 10 anni.<\/p>\n
\"Il
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\nIn questo modo, \u00e8 possibile calcolare un'analogia con i combustibili fossili consumati per la produzione e l'operativit\u00e0 dei pannelli. Low-tech Magazine ha scoperto che nel primo anno di funzionamento il loro sistema (pannello da 50 W, batteria da 86,4 Wh) ha \"generato\" circa 9 kg di emissioni, equivalenti alla combustione di 3 litri di benzina: all'incirca quanto un'automobile consuma per 50 km.<\/p>\n
\"Il
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\nSe il server non \u00e8 alimentato da pannelli solari ma dalla rete elettrica generale, l'equivalente delle emissioni appare circa sei volte inferiore: 1,54 kg (nella rete elettrica spagnola \u00e8 alta la quota di energia alternativa e nucleare). Ma questa non \u00e8 un comparazione completamente corretta, scrive l'autore, perch\u00e9 considera l'energia embodied dell'infrastruttura solare ma non considera questo parametro per la rete elettrica generale, ovvero i costi per la sua costruzione e manutenzione.<\/p>\n
Miglioramenti futuri<\/h1>\n
\nNel tempo trascorso, sono state effettuate diverse ottimizzazioni che hanno ridotto il consumo energetico del server. Ad esempio, in un certo momento, lo sviluppatore ha notato che 6,63 TB di un volume totale di 11,15 TB di traffico erano generati da un'errata implementazione del feed RSS, che estraeva contenuti ogni pochi minuti. Dopo la correzione di questo bug, il consumo energetico del server (senza considerare le perdite) \u00e8 sceso da 1,14 W a circa 0,95 W. Il guadagno potrebbe sembrare esiguo, ma la differenza di 0,19 W significa 4,56 wattora al giorno, corrispondenti a oltre 2,5 ore di autonomia del server.<\/p>\n
Durante il primo anno, l'efficienza \u00e8 stata solo del 50%. Le perdite si sono verificate durante la ricarica e la scarica della batteria (22%), oltre che nella conversione della tensione da 12 V (sistema fotovoltaico solare) a 5 V (USB), dove le perdite possono arrivare fino al 28%. Lo sviluppatore riconosce di avere un convertitore di tensione subottimale (un controller senza USB integrato), quindi \u00e8 possibile ottimizzare questo aspetto o passare a un'installazione solare da 5V.<\/p>\n
Per migliorare l'efficienza dello stoccaggio energetico, \u00e8 possibile sostituire le batterie al piombo con batterie agli ioni di litio pi\u00f9 costose, che presentano minori perdite di carica\/scarica (<10%). Attualmente, il progettista sta considerando un compatto sistema di stoccaggio dell'energia sotto forma di aria compressa<\/a><\/noindex> (CAES), che ha una durata di decenni, il che significa un'impronta di carbonio ridotto nella sua produzione.<\/p>\n
\"Il
\nBatteria compatta di energia ad aria compressa, fonte<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n
si sta valutando l'installazione di una turbina eolica aggiuntiva (che pu\u00f2 essere realizzata in legno<\/a><\/noindex>) e l'installazione di un tracker solare per orientare i pannelli verso il sole. Il tracker permette di aumentare la produzione di energia elettrica del 30%.<\/p>\n
\"Il
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\nUn altro modo per aumentare l'efficienza del sistema \u00e8 scalarlo. Ospitare pi\u00f9 siti web su un server e avviare pi\u00f9 server. Cos\u00ec si ridurr\u00e0 il consumo energetico per ogni sito.<\/p>\n
\"Il
\nAzienda di hosting solare. Illustrazione: Diego Marmolejo<\/i><\/p>\n
Se si copre interamente il balcone dell\u2019appartamento con pannelli solari e si apre un'azienda di hosting web solare, i costi per ciascun cliente saranno notevolmente ridotti rispetto a un singolo sito web: risparmio di scala.<\/p>\n
In generale, questo esperimento dimostra che, con alcune limitazioni, l'infrastruttura informatica pu\u00f2 funzionare su fonti di energia rinnovabili.<\/p>\n
Teoricamente, tale server potrebbe addirittura fare a meno di una batteria, se si specchiasse in altre parti del mondo. Ad esempio, posizionare specchi in Nuova Zelanda e Cile. L\u00ec, i pannelli solari funzionerebbero quando a Barcellona \u00e8 notte.
\n
Fonte: habr.com<\/a> <\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"
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