{"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":"Un server web domestico alimentato da pannelli solari ha funzionato per 15 mesi: uptime 95,26%","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

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

Nel settembre 2018, un appassionato di Low-tech Magazine ha avviato il progetto di un server web \"a bassa tecnologia\"<\/a><\/noindex>. L'obiettivo era ridurre il consumo energetico a tal punto che un server self-hosted domestico potesse funzionare con un solo pannello solare. Non \u00e8 semplice, poich\u00e9 il sito deve essere attivo 24 ore su 24. Vediamo cosa \u00e8 stato ottenuto alla fine.<\/p>\n

Puoi accedere al server solar.lowtechmagazine.com<\/a><\/noindex>, controllare il consumo energetico attuale e il livello di carica della batteria. Il sito \u00e8 ottimizzato per un numero minimo di richieste per pagina e un traffico ridotto, quindi dovrebbe sopportare un picco di visitatori da Habr. Secondo i calcoli del sviluppatore, il consumo energetico per ogni visitatore unico \u00e8 di 0,021 W\u22c5h.
\n<\/a><\/noindex>
\nPoco prima dell\u2019alba del 31 gennaio 2020, aveva ancora il 42% di carica della batteria. L'alba a Barcellona \u00e8 alle 8:04 ora locale, dopodich\u00e9 dovrebbe iniziare a fluire energia dal pannello solare.<\/p>\n

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\n<\/p>\n

Perch\u00e9?<\/h1>\n

\nDieci anni fa, gli esperti prevedevano<\/a><\/noindex>, che lo sviluppo di internet contribuiva alla \"dematerializzazione\" della societ\u00e0, alla digitalizzazione universale \u2014 e, di conseguenza, alla riduzione del consumo energetico complessivo. Si sbagliavano. In realt\u00e0, internet ha richiesto enormi 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 questo al momento \u00e8 impossibile. Tutti i data center consumano tre volte pi\u00f9 energia di quanta ne generino tutte le installazioni solari e eoliche nel mondo. Peggio ancora, la produzione e la sostituzione regolare di pannelli solari e turbine eoliche richiedono anch'esse energia<\/a><\/noindex>, quindi oggi \u00e8 semplicemente impossibile rinunciare ai combustibili fossili (petrolio, gas, uranio). Ma queste risorse non dureranno a lungo, quindi inevitabilmente dovremo pensare a come vivere di fonti rinnovabili. Compresa l'operativit\u00e0 dell'infrastruttura informatica, inclusi i server web.<\/p>\n

Low-tech Magazine ritiene un problema<\/a><\/noindex> l'espansione troppo rapida delle pagine web. Dal 2010 al 2018, la dimensione media di una 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 dei volumi di traffico supera i progressi nell'efficienza energetica<\/a><\/noindex> (l'energia necessaria per trasmettere 1 megabyte di informazioni), il che provoca una continua crescita del consumo energetico di Internet. I siti pi\u00f9 complessi e sovraccaricati non solo aumentano il carico sull'infrastruttura di rete, ma riducono anche il \u00abciclo di vita\u00bb dei computer e degli smartphone, che devono essere sostituiti pi\u00f9 frequentemente, il che comporta un processo piuttosto energivoro<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

E naturalmente, l'aumento del carico \u00e8 causato dallo stile di vita stesso: le persone trascorrono quasi tutto il tempo su Internet e fanno molto affidamento su vari servizi web. \u00c8 difficile immaginare la societ\u00e0 moderna senza un'infrastruttura IT basata sul cloud (social network, messenger, email, ecc.)<\/p>\n

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

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

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

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

Inizialmente, \u00e8 stata scelta una batteria al litio-polimero 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 aveva senso economico acquistare una scheda pi\u00f9 piccola di Class 10 da 16 GB.<\/p>\n

Il server si connette a Internet tramite una connessione domestica da 100 megabit a Barcellona e un router standard per consumatori. \u00c8 riservato un indirizzo IP statico. Praticamente chiunque pu\u00f2 creare un sito del genere nel proprio appartamento, \u00e8 necessario solo modificare leggermente le impostazioni del firewall per il forwarded port sul IP locale:<\/p>\n

Porta 80 a 80 per HTTP\nPorta 443 a 443 per HTTPS\nPorta 22 a 22 per SSH<\/pre>\n
\nSistema operativo Armbian Stretch<\/a><\/noindex> basato su una distribuzione Debian e su un kernel SUNXI<\/a><\/noindex>, progettato per i computer a scheda singola con chip AllWinner.<\/p>\n
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\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 gravano sulla CPU, quindi sono molto pi\u00f9 efficienti delle 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 stato deciso di convertire le foto in immagini in scala di grigi. Ad esempio, ecco una foto di donne operatrici telefoniche a una centralina del secolo scorso, 253 KB<\/a><\/noindex>.<\/p>\n
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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 all'illusione ottica, sembra allo spettatore che il numero dei colori sia maggiore di tre.<\/p>\n
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\n
\nLe fotografie in scala di grigi sono state scelte non solo per ottimizzare la dimensione (una scelta piuttosto dubbia), ma anche per motivi estetici. Questa antica tecnica di elaborazione delle immagini ha delle peculiarit\u00e0 stilistiche, cos\u00ec che il sito ha un design unico in un certo senso.<\/p>\n
623 illustrazioni sul sito della rivista Low-tech Magazine dopo l'ottimizzazione si sono ridotte 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, oltre che per facilitare i backup tramite git<\/a><\/noindex>. Sono stati rimossi tutti gli script e i tracker dal sito, cos\u00ec come i loghi. Viene usato il font predefinito nel browser del cliente. Come \"logo\" - il nome della rivista in maiuscolo con una freccia a sinistra: LOW\u2190TECH MAGAZINE. Solo 16 byte invece di un'immagine.<\/p>\n
In caso di downtime \u00e8 stata organizzata la possibilit\u00e0 di \"lettura offline\": testi e immagini vengono esportati in un feed RSS. \u00c8 attivata la cache del 100% del contenuto, inclusi HTML.<\/p>\n
Un'altra ottimizzazione \u00e8 l'attivazione della configurazione HTTP2 in nginx, che riduce leggermente il traffico e diminuisce i tempi di caricamento delle pagine, rispetto a HTTP\/1.1. Nella tabella vengono confrontati i risultati per cinque diverse pagine.<\/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\nmappa $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; # migliora 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 memorizzazione nella 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 la ripresa della sessione\nssl_session_cache shared:SSL:10m;\nssl_session_timeout 5m;\n\n# Abilita 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# Disabilita SSLv3\nssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;\n\n# Riduci la dimensione del buffer per aumentare TTFB\nssl_buffer_size 4k;\n\n# Parametro Diffie-Hellman per i ciphersuite DHE\n# $ sudo openssl dhparam -out /etc/ssl/certs/dhparam.pem 4096\nssl_dhparam /etc/ssl/certs/dhparam.pem;\n\n# Abilita HSTS (https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Security/HTTP_Strict_Transport_Security)\nadd_header Strict-Transport-Security \"max-age=63072000; includeSubdomains\";\n\n# Abilita 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>. Questo significa che a causa di cattive condizioni meteorologiche, il downtime annuale \u00e8 stato di 399 ore.<\/p>\n
Tuttavia, escludendo gli ultimi due mesi, il tempo di operativit\u00e0 \u00e8 stato del 98,2%, con un downtime totale di solamente 152 ore, riferiscono gli sviluppatori. Il tempo di operativit\u00e0 \u00e8 sceso all'80% negli ultimi due mesi, quando il consumo energetico \u00e8 aumentato a causa dell'aggiornamento del software. Ogni notte il sito veniva spento per diverse 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 annuo di 18,10 kWh, il che significa un'efficienza del sistema di circa il 50%.<\/p>\n
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\nSchema semplificato. Non mostrano il convertitore di tensione da 12 a 5 volt e il contatore della batteria in ampere-ora.<\/i><\/p>\n
Durante il periodo analizzato, il sito ha ricevuto 865.000 visitatori unici. Incluso tutte le perdite energetiche nell'impianto solare, il consumo di energia per visitatore unico \u00e8 stato di 0,021 Wh. Quindi, un chilowattora di energia solare generata \u00e8 sufficiente per servire quasi 50.000 visitatori unici.<\/p>\n
Durante il corso dell'esperimento sono stati testati pannelli solari di diverse dimensioni. La tabella mostra i calcoli su quanto tempo impiegheranno a caricarsi batterie di diverse capacit\u00e0 utilizzando pannelli solari di dimensioni diverse.<\/p>\n
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\nLa potenza media consumata dal server web durante il primo anno, comprese tutte le perdite energetiche, \u00e8 stata di 1,97 W. Il calcolo mostra che per mantenere il sito web durante la notte pi\u00f9 corta dell'anno (8 ore e 50 minuti, 21 giugno) sono necessari 17,40 wattora di capacit\u00e0 di stoccaggio, 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 loro capacit\u00e0, il server richiede una batteria da 60 Wh per sopravvivere alla notte pi\u00f9 lunga in condizioni di ottima illuminazione diurna (2\u00d729,19 Wh). La maggior parte dell'anno il sistema ha funzionato con una batteria da 86,4 Wh e un pannello solare da 50 watt, raggiungendo cos\u00ec il suddetto uptime del 95-98%.<\/p>\n
Uptime 100%<\/h1>\n
\nPer un uptime del 100% \u00e8 necessario aumentare la capacit\u00e0 delle batterie. Per compensare un giorno di tempo molto brutto (senza generazione significativa di energia elettrica), sono necessari 47,28 wattora (24 ore \u00d7 1,97 watt) di stoccaggio.<\/p>\n
Dal 1 dicembre 2019 al 12 gennaio 2020, \u00e8 stata installata una batteria da 168 watt, con una capacit\u00e0 effettiva di immagazzinamento di 84 watt-ora. Questa capacit\u00e0 \u00e8 sufficiente per mantenere attivo il sito per due notti e un giorno. La configurazione \u00e8 stata testata nel periodo pi\u00f9 buio dell'anno, ma le condizioni meteorologiche erano relativamente buone, e durante questo periodo il tempo di operativit\u00e0 \u00e8 stato del 100%.<\/p>\n
Tuttavia, per garantire un uptime del 100% per diversi anni, \u00e8 necessario considerare anche lo scenario peggiore, in cui condizioni meteorologiche avverse persistono per diversi giorni. I calcoli mostrano che per mantenere il sito online per quattro giorni con bassa o nessuna generazione di energia, sar\u00e0 necessaria una batteria al piombo-acido con una capacit\u00e0 di 440 watt-ora, delle dimensioni di una batteria per auto.<\/p>\n
In pratica, con buone condizioni meteo, una batteria al piombo-acido da 48 Wh supporter\u00e0 il server durante la notte da marzo a settembre. Una batteria da 24 Wh durer\u00e0 al massimo 6 ore, il che significa che il server si spegner\u00e0 ogni notte, anche se in orari diversi a seconda del mese.<\/p>\n
In generale, alcuni siti non hanno bisogno di funzionare di notte, quando il numero di visitatori \u00e8 minimo, affermano i ragazzi di Low-tech Magazine. Ad esempio, se si tratta di una pubblicazione locale che non riceve visitatori da altri fusi orari, ma solo da residenti locali.<\/p>\n
Ci\u00f2 significa che siti con diversi livelli di traffico e uptime necessitano di batterie di capacit\u00e0 differente e pannelli solari di dimensioni diverse.<\/p>\n
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\nL'autore fornisce un calcolo riguardo a quanta energia \u00e8 necessaria per la produzione<\/i> delle stesse pannelli solari (energia incorporata) e quanto si ottiene dividendo questa quantit\u00e0 per il previsto ciclo di vita di 10 anni.<\/p>\n
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\nIn questo modo, \u00e8 possibile calcolare l'analogo dei combustibili fossili consumati per la produzione e il funzionamento dei pannelli. Secondo Low-tech Magazine, nel primo anno di funzionamento, il loro sistema (pannello da 50 W, batteria da 86,4 Wh) ha \"generato\" circa 9 kg di emissioni o l'equivalente bruciando 3 litri di benzina: circa quanto una vettura passeggeri percorre in 50 km.<\/p>\n
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\nSe il server non \u00e8 alimentato da pannelli solari ma dalla rete elettrica generale, l'equivalente delle emissioni risulta essere circa sei volte inferiore: 1,54 kg (nel panorama energetico spagnolo, c'\u00e8 una grande quota di energia alternativa e nucleare). Tuttavia, questo non \u00e8 un confronto del tutto corretto, scrive l'autore, poich\u00e9 tiene conto dell'energia incorporata nelle infrastrutture solari, ma non considera questo dato per la rete elettrica generale, ovvero i costi per la sua costruzione e manutenzione.<\/p>\n
Miglioramenti futuri<\/h1>\n
\nNel tempo sono state effettuate varie ottimizzazioni che hanno ridotto il consumo energetico del server. Ad esempio, a un certo punto, lo sviluppatore ha notato che 6,63 TB del traffico totale di 11,15 TB erano generati da un'implementazione errata del feed RSS, che estraeva contenuto ogni pochi minuti. Dopo aver corretto questo bug, il consumo energetico del server (escludendo le perdite di energia) \u00e8 diminuito da 1,14 W a circa 0,95 W. L'incremento potrebbe sembrare minimo, ma la differenza di 0,19 W corrisponde a 4,56 watt-ora al giorno, cio\u00e8 pi\u00f9 di 2,5 ore di funzionamento autonomo del server.<\/p>\n
Nel corso del primo anno, l'efficienza \u00e8 stata di solo il 50%. Le perdite si sono verificate durante la carica e la scarica della batteria (22%), cos\u00ec come durante la conversione della tensione da 12 V (sistema fotovoltaico) a 5 V (USB), dove le perdite raggiungono fino al 28%. Lo sviluppatore ammette di avere un convertitore di tensione non ottimale (controllore senza USB integrato), quindi \u00e8 possibile ottimizzare questo aspetto o passare a un'installazione solare a 5V.<\/p>\n
Per aumentare l'efficienza di accumulo dell'energia, si possono sostituire le batterie al piombo-acido con batterie agli ioni di litio pi\u00f9 costose, che hanno minori perdite di carica\/scarica (<10%). Attualmente, il progettista sta considerando un sistema di accumulo di energia in aria compressa<\/a><\/noindex> (CAES), che ha una durata di decenni, il che significa una minore \"impronta di carbonio\" nella sua produzione.<\/p>\n
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\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 consente di aumentare la produzione di energia elettrica del 30%.<\/p>\n
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\nUn altro modo per aumentare l'efficienza del sistema \u00e8 la sua scalabilit\u00e0. Gestire pi\u00f9 siti web su un server e avviare pi\u00f9 server. In questo modo si ridurr\u00e0 il consumo energetico per ogni sito.<\/p>\n
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\nAzienda di hosting solare. Illustrazione: Diego Marmolejo<\/i><\/p>\n
Se si copre il balcone dell'appartamento con pannelli solari e si avvia un'azienda di hosting web solare, i costi per ogni cliente saranno notevolmente inferiori rispetto a un singolo sito web: risparmi di scala.<\/p>\n
In generale, questo esperimento dimostra che, entro certi limiti, l'infrastruttura informatica pu\u00f2 funzionare utilizzando fonti di energia rinnovabili.<\/p>\n
Teoricamente, un server del genere potrebbe anche funzionare senza batteria, se si effettuasse un mirror in altre parti del mondo. Ad esempio, posizionare specchi in Nuova Zelanda e Cile. L\u00ec i pannelli solari funzionerebbero mentre 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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