אב הטיפוס הראשון של שרת סולארי עם בקר טעינה. תמונה: solar.lowtechmagazine.com

בספטמבר 2018, חובב מגזין Low-tech השיקה פרויקט שרת אינטרנט "לואו-טק".. המטרה הייתה להפחית את צריכת האנרגיה עד כדי כך שפאנל סולארי אחד יספיק לשרת ביתי שמתארח בעצמו. זה לא קל, כי האתר חייב לעבוד 24 שעות ביממה. בוא נראה מה קרה בסוף.

אתה יכול ללכת לשרת solar.lowtechmagazine.com, בדוק את צריכת החשמל הנוכחית ואת רמת טעינת הסוללה. האתר מותאם למספר מינימלי של בקשות מהעמוד ותנועה מינימלית, כך שהוא אמור לעמוד בפני עלייה בתנועה מהבר. לפי חישובי היזם, צריכת האנרגיה למבקר ייחודי היא 0,021 וואט.

רגע לפני עלות השחר ב-31 בינואר 2020, נותרה לו 42% מהסוללה. עלות השחר בברצלונה בשעה 8:04 שעון מקומי, ולאחר מכן אמור לזרום זרם מהפאנל הסולארי.

למה?

לפני עשר שנים מומחים חזושפיתוח האינטרנט תורם ל"דה-מטריאליזציה" של החברה, לדיגיטליזציה אוניברסלית - וכתוצאה מכך להפחתה בצריכת האנרגיה הכוללת. הם טעו. למעשה, האינטרנט עצמו דרש כמויות עצומות של אספקת אנרגיה, והכמויות הללו ממשיכות לגדול.

חברות IT השיקו יוזמות למעבר למקורות חשמל חלופיים, אך כעת הדבר בלתי אפשרי. כל מרכזי הנתונים צורכים פי שלושה יותר אנרגיה ממה שמייצרים כל מתקני השמש והרוח בעולם. גרוע מכך, ייצור והחלפה קבועה של פאנלים סולאריים וטורבינות רוח דורש גם אנרגיהלכן, פשוט בלתי אפשרי היום לנטוש דלקים מאובנים (נפט, גז, אורניום). אך עתודות אלו לא יחזיקו מעמד זמן רב, ולכן נצטרך בהכרח לחשוב כיצד לחיות על מקורות מתחדשים. לרבות תפעול תשתית מחשבים לרבות שרתי אינטרנט.

מגזין לואו-טק רואה בכך בעיה דפי אינטרנט מתנפחים מהר מדי. גודל העמוד הממוצע גדל מ-2010 ל-2018 מ-0,45 מגה-בייט עד 1,7 מגה-בייט, ולאתרים ניידים - מ-0,15 מגה-בייט עד 1,6 מגה-בייט, הערכה שמרנית.

עלייה בנפחי התנועה עולה על ההתקדמות ביעילות אנרגטית (האנרגיה הנדרשת להעברת 1 מגה-בייט של מידע), מה שגורם לעלייה מתמדת בצריכת האנרגיה באינטרנט. אתרים כבדים ועמוסים יותר לא רק מגבירים את העומס על תשתית הרשת, אלא גם מקצרים את "מחזור החיים" של מחשבים וסמארטפונים, אותם יש לזרוק לעתים קרובות יותר ולייצר חדשים, אשר גם תהליך עתיר אנרגיה.

וכמובן, עומס העבודה המוגבר נוצר מאורח החיים עצמו: אנשים מבלים כמעט את כל זמנם באינטרנט ונשענים במידה רבה על שירותי אינטרנט שונים. כבר קשה לדמיין את החברה המודרנית ללא תשתית IT בענן (רשתות חברתיות, מסרים מידיים, דואר וכו')

תצורת שרת ואתר

В מאמר זה תצורת החומרה וערימת התוכנה של שרת האינטרנט מתוארות בפירוט.

מחשב לוח יחיד Olimex Olinuxino A20 Lime 2 נבחר עבור צריכת חשמל נמוכה ותכונות שימושיות נוספות כגון שבב ניהול חשמל AXP209. זה מאפשר לך לבקש נתונים סטטיסטיים על המתח והזרם הנוכחי מהלוח ומהסוללה. המיקרו-מעגל מעביר את החשמל באופן אוטומטי בין הסוללה למחבר ה-DC, שם זורם זרם מהפאנל הסולארי. לפיכך, אספקת חשמל ללא הפרעה לשרת עם תמיכה בסוללה אפשרית.

Olimex Olinuxino A20 Lime 2

בתחילה נבחרה כסוללה סוללת ליתיום-פולימר בקיבולת 6600 מיליאמפר/שעה (כ-24 וואט), לאחר מכן הותקנה סוללת עופרת-חומצה בקיבולת 84,4 וואט.

מערכת ההפעלה מאתחלת מכרטיס ה-SD. למרות שמערכת ההפעלה תופסת לא יותר מ-1 GB והאתר הסטטי הוא כ-30 MB, לא היה שום היגיון כלכלי בקניית כרטיס קטן מ-Class 10 16 GB.

השרת מתחבר לאינטרנט באמצעות חיבור ביתי של 100Mbps בברצלונה ונתב צרכני סטנדרטי. כתובת IP סטטית שמורה עבורו. כמעט כל אחד יכול להקים אתר כזה בדירה שלו; אתה צריך לשנות מעט את הגדרות חומת האש כדי להעביר יציאות ל-IP מקומי:

יציאה 80 עד 80 עבור יציאת HTTP 443 עד 443 עבור יציאת HTTPS 22 עד 22 עבור SSH

מערכת הפעלה ארמביאן למתוח מבוסס על הפצה וקרנל של דביאן SUNXI, אשר מיועד ללוחות בודדים עם שבבי AllWinner.

פאנל סולארי 50 וואט לשרת אינטרנט ופאנל סולארי 10 וואט להארת הסלון בדירת המחבר

אתר סטטי שנוצר על ידי המערכת שַׁקנַאי (מחולל אתרים בפייתון). אתרים סטטיים נטענים מהר יותר והם פחות אינטנסיביים במעבד, כך שהם הרבה יותר חסכוניים באנרגיה מדפים שנוצרו באופן דינמי. עיין בקוד המקור של הנושא. כאן.

נקודה חשובה מאוד היא דחיסת תמונה, שכן ללא אופטימיזציה זו כמעט בלתי אפשרי להפוך את דפי האינטרנט לקטנים מ-1 מגה-בייט. לצורך אופטימיזציה, הוחלט להמיר את הצילומים לתמונות חצי טון. לדוגמה, הנה תצלום של טלפונים על מרכזייה במאה הקודמת, 253 KB.

והנה תמונה מותאמת בגווני אפור של גודל 36,5 KB עם שלושה צבעים (שחור, לבן, אפור). בשל האשליה האופטית, נראה לצופה שיש יותר משלושה צבעים.

צילומי חצי גוון נבחרו לא רק כדי לייעל את הגודל (החלטה די מפוקפקת), אלא גם מסיבות אסתטיות. לטכניקת עיבוד תמונה ישנה זו יש מאפיינים סגנוניים מסוימים, כך שלאתר יש עיצוב ייחודי במקצת.

לאחר אופטימיזציה, 623 איורים באתר Low-tech Magazine ירדו בגודלם מ-194,2 מגה-בייט ל-21,3 מגה-בייט, כלומר ב-89%.

כל המאמרים הישנים הומרו ל-Markdown על מנת להקל על כתיבת מאמרים חדשים, כמו גם על מנת להקל על הגיבוי באמצעות סילון. כל התסריטים והמעקבים, כמו גם לוגואים, הוסרו מהאתר. נעשה שימוש בגופן ברירת המחדל בדפדפן של הלקוח. כ"לוגו" - שם המגזין באותיות גדולות עם חץ משמאל: LOW←TECH MAGAZINE. רק 16 בתים במקום תמונה.

במקרה של השבתה, אורגנה האפשרות של "קריאה לא מקוונת": טקסטים ותמונות מיוצאים להזנת RSS. אחסון במטמון של 100% תוכן מופעל, כולל HTML.

אופטימיזציה נוספת היא הפעלת הגדרות HTTP2 ב-nginx, מה שמפחית מעט את התעבורה ומצמצם את זמן טעינת הדפים בהשוואה ל-HTTP/1.1. הטבלה משווה את התוצאות עבור חמישה דפים שונים.

| | FP | אנחנו | HS | FW | CW | |--------|--------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46 שניות | 1.87 שניות | 1.54 שניות | 1.86 שניות | 1.89 שניות | | HTTP2 | 1.30 שניות | 1.49 שניות | 1.54 שניות | 1.79 שניות | 1.55 שניות | | תמונות | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | חיסכון | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |

תצורת nginx מלאה:

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;
}

תוצאות של 15 חודשי עבודה

עבור התקופה מ-12 בדצמבר 2018 עד 28 בנובמבר 2019, השרת הראה זמן פעילות 95,26%. המשמעות היא שבגלל מזג אוויר גרוע זמן ההשבתה בשנה עמד על 399 שעות.

אבל אם לא לוקחים בחשבון את החודשיים האחרונים, זמן הפעולה היה 98,2%, וזמן ההשבתה היה רק ​​152 שעות, כותבים המפתחים. זמן העבודה ירד ל-80% בחודשיים האחרונים כאשר צריכת החשמל עלתה עקב עדכון תוכנה. בכל לילה האתר ירד למספר שעות.

על פי הסטטיסטיקה, לשנה (מ-3 בדצמבר 2018 עד 24 בנובמבר 2019), צריכת החשמל של השרת הייתה 9,53 קוט"ש. נרשמו הפסדים משמעותיים במערכת הפוטו-וולטאית עקב המרת מתח ופריקת סוללה. הבקר הסולארי הראה צריכה שנתית של 18,10 קוט"ש, מה שאומר שיעילות המערכת היא כ-50%.

דיאגרמה פשוטה. הוא לא מציג ממיר מתח מ-12 עד 5 וולט ומד סוללה אמפר-שעה

במהלך תקופת המחקר ביקרו באתר 865 מבקרים ייחודיים. כולל כל הפסדי האנרגיה במיתקן הסולארי, צריכת האנרגיה למבקר ייחודי הייתה 000 וואט. לפיכך, קילוואט שעה אחת של אנרגיה סולארית המופקת מספיקה כדי לשרת כמעט 0,021 מבקרים ייחודיים.

במהלך הניסוי נבדקו פאנלים סולאריים בגדלים שונים. הטבלה מציגה חישובים של כמה זמן ייקח להטעין סוללות ביכולות שונות בעת שימוש בפאנלים סולאריים בגדלים שונים.

צריכת החשמל הממוצעת של שרת האינטרנט במהלך השנה הראשונה, כולל כל הפסדי האנרגיה, הייתה 1,97 וואט. החישוב מראה שהפעלת אתר אינטרנט בין לילה בלילה הקצר ביותר בשנה (8 שעות 50 דקות, 21 ביוני) דורשת 17,40 וואט-שעות של כוח אחסון, ובלילה הארוך ביותר (14 שעות 49 דקות, 21 בדצמבר) צריך 29,19 .XNUMX וואט.

מכיוון שסוללות עופרת לא אמורות להתרוקן מתחת לחצי קיבולת, השרת דורש סוללה של 60 וואט כדי לשרוד את הלילה הארוך ביותר עם אור יום אופטימלי (2x29,19 וואט). במשך רוב השנה, המערכת עבדה עם סוללה של 86,4 וואט ופאנל סולארי של 50 וואט, ואז הושג זמן הפעולה הנ"ל של 95-98%.

זמן פעולה 100%

עבור זמן פעולה של 100%, יש צורך להגדיל את קיבולת הסוללה. כדי לפצות על יום אחד של מזג אוויר גרוע מאוד (ללא ייצור חשמל משמעותי), יש צורך באחסון של 47,28 וואט-שעה (24 שעות × 1,97 וואט).

מה-1 בדצמבר 2019 ועד ה-12 בינואר 2020, הותקנה במערכת סוללת 168 וואט, בעלת קיבולת אחסון מעשית של 84 וואט-שעה. זה מספיק אחסון כדי לשמור על פעילות האתר למשך שני לילות ויום אחד. התצורה נבחנה במהלך התקופה החשוכה ביותר של השנה, אך מזג האוויר היה טוב יחסית - ולאורך התקופה שצוינה זמן הפעולה היה 100%.

אבל על מנת להבטיח זמן פעולה של 100% למשך מספר שנים, תצטרך לספק את התרחיש הגרוע ביותר, כאשר מזג האוויר הגרוע נמשך מספר ימים. החישוב מראה שכדי לשמור אתר מקוון במשך ארבעה ימים עם ייצור אנרגיה נמוך או ללא, תזדקק לסוללת עופרת עם קיבולת של 440 וואט-שעה, שזה בגודל של מצבר לרכב.

בפועל, בתנאי מזג אוויר טובים, סוללת עופרת של 48 וואט תשמור על השרת פועל בין הלילה ממרץ עד ספטמבר. סוללה של 24 וואט תספיק לשרת לכל היותר 6 שעות, כלומר היא תכבה כל לילה, אם כי בזמנים שונים בהתאם לחודש.

בגדול, יש אתרים שלא צריכים לעבוד בלילה, כשכמות המבקרים היא מינימלית, אומרים החבר'ה ממגזין לואו-טק. למשל, אם מדובר בפרסום עירוני אזורי, אליו לא מגיעים מבקרים מאזורי זמן אחרים, אלא רק תושבים מקומיים.

כלומר, לאתרים עם תעבורה שונה וזמן פעולה שונה, יש צורך בסוללות ביכולות שונות ובפאנלים סולאריים בגדלים שונים.

המחבר מספק חישוב של כמה אנרגיה נדרשת ייצור הפאנלים הסולאריים עצמם (אנרגיה מגולמת) וכמה יתברר אם מחלקים את הסכום הזה בחיי השירות הצפוי של 10 שנים.

כך ניתן לחשב את המקבילה לדלקים מאובנים הנצרכים בייצור ובהפעלת הפאנלים. מגזין לואו-טק גילה שבשנת הפעילות הראשונה, המערכת שלהם (פאנל 50 ואט, סוללה של 86,4 וואט) "ייצרה" כ-9 ק"ג של פליטות, או שווה ערך לשריפת 3 ליטר בנזין: בערך כמו 50- רכב נוסעים בן שנה נסיעה בק"מ.

אם השרת מופעל לא מפאנלים סולאריים, אלא מרשת החשמל הכללית, נראה שהפליטות המקבילות נמוכות פי שישה: 1,54 ק"ג (למגזר האנרגיה הספרדי יש נתח גבוה של אנרגיה חלופית ותחנות כוח גרעיניות). אבל זו לא השוואה נכונה לחלוטין, כותב המחבר, מכיוון שהיא לוקחת בחשבון את האנרגיה הגלומה של התשתית הסולארית, אך אינה לוקחת בחשבון אינדיקטור זה עבור רשת האנרגיה הכללית, כלומר, את עלויות הבנייה והתמיכה בה. .

שיפורים נוספים

במהלך הזמן האחרון בוצעו מספר אופטימיזציות שהפחיתו את צריכת החשמל של השרת. לדוגמה, בשלב מסוים המפתח שם לב ש-6,63 TB מתוך סך 11,15 TB של תעבורה נוצרו על ידי יישום עדכון RSS שגוי אחד שמשך תוכן כל כמה דקות. לאחר תיקון באג זה, צריכת החשמל של השרת (לא כולל הפסדי אנרגיה) ירדה מ-1,14 וואט לכ-0,95 וואט. הרווח אולי נראה קטן, אבל הבדל של 0,19 W פירושו 4,56 וואט-שעה ליום, מה שמתאים ליותר מ-2,5 שעות של חיי סוללה עבור השרת.

במהלך השנה הראשונה, היעילות הייתה רק 50%. נצפו הפסדים בעת טעינה ופריקה של הסוללה (22%), וכן בעת ​​המרת המתח מ-12 V (מערכת PV סולארית) ל-5 V (USB), כאשר ההפסדים היו עד 28%. היזם מודה שיש לו ממיר מתח לא אופטימלי (בקר ללא USB מובנה), כך שניתן לייעל את הנקודה הזו או לעבור להתקנה סולארית של 5V.

כדי לשפר את יעילות אחסון האנרגיה, ניתן להחליף סוללות עופרת בסוללות ליתיום-יון יקרות יותר, בעלות הפסדי טעינה/פריקה נמוכים יותר (<10%). עכשיו המעצב שוקל קומפקטי מערכת אחסון אנרגיה בצורה של אוויר דחוס (CAES), אשר לו תוחלת חיים של עשרות שנים, כלומר טביעת רגל פחמנית קטנה יותר על הייצור שלה.

מצבר אנרגיית אוויר דחוס קומפקטי, מקור

נשקלת התקנה של טורבינת רוח נוספת (יכול להיות לעשות מעץ) והתקנת גשש סולארי להפיכת הפאנלים לכיוון השמש. הגשש מאפשר להגדיל את ייצור החשמל ב-30%.

דרך נוספת להגביר את היעילות של המערכת היא להגדיל אותה. הרם יותר אתרים בשרת והפעל יותר שרתים. אז צריכת האנרגיה לכל אתר תרד.

חברת אירוח סולארי. איור: דייגו מרמולחו

אם תכסו את כל מרפסת הדירה שלכם בפאנלים סולאריים ותפתחו חברת אחסון אתרים סולארית, העלות ללקוח תהיה נמוכה משמעותית מאשר לאתר בודד: יתרונות לגודל.

בסך הכל, ניסוי זה מדגים כי בהינתן מגבלות מסוימות, ניתן בהחלט לתשתית מחשב לפעול על מקורות אנרגיה מתחדשים.

תיאורטית, שרת כזה יכול אפילו להסתדר בלי סוללה אם ישתקף בחלקים אחרים של העולם. לדוגמה, התקינו מראות בניו זילנד ובצ'ילה. שם פאנלים סולאריים יעבדו כשיהיה לילה בברצלונה.

מקור: www.habr.com