Заряд реттегіші бар күн серверінің алғашқы прототипі. Фото:
2018 жылдың қыркүйегінде Low-tech журналының энтузиасты . Мақсат энергия тұтынуды азайту болды, сондықтан бір күн панелі үйдегі дербес серверге жеткілікті болады. Бұл оңай емес, өйткені сайт тәулігіне 24 сағат жұмыс істеуі керек. Соңында не болғанын көрейік.
Сіз серверге бара аласыз , ағымдағы қуат тұтынуын және батарея зарядының деңгейін тексеріңіз. Сайт беттегі сұраныстардың ең аз санына және ең аз трафикке оңтайландырылған, сондықтан ол Хабр трафикінің өсуіне төтеп беруі керек. Әзірлеушінің есептеулері бойынша, бір келушінің энергия тұтынуы 0,021 Вт сағ құрайды.
31 жылдың 2020 қаңтарында таң атқанша оның 42% батареясы қалды. Барселонада таң жергілікті уақыт бойынша 8:04-те, содан кейін күн панелінен ток ағуы керек.
Неліктен?
Он жыл бұрын мамандар Интернеттің дамуы қоғамның «дематериалдануына», әмбебап цифрландыруға және соның нәтижесінде жалпы энергия тұтынудың төмендеуіне ықпал ететінін айтады. Олар қателесті. Шындығында, интернеттің өзі талап етті , және бұл көлемдер өсуде.
IT-компаниялар баламалы қуат көздеріне көшу туралы бастамаларды көтерді, бірақ қазір бұл мүмкін емес. Барлық деректер орталықтары әлемдегі барлық күн және жел қондырғыларынан үш есе көп энергия тұтынады. Одан да сорақысы, күн батареялары мен жел турбиналарын өндіру және тұрақты ауыстыру , сондықтан қазба отындарынан (мұнай, газ, уран) бас тарту бүгінгі күні мүмкін емес. Бірақ бұл қорлар ұзаққа созылмайды, сондықтан біз жаңартылатын көздерде қалай өмір сүру туралы ойлануымыз керек. Соның ішінде компьютерлік инфрақұрылымның, соның ішінде веб-серверлердің жұмысы.
Төмен технологиялық журнал Веб-беттер тым тез кебеді. Орташа бет өлшемі 2010 жылдан 2018 жылға дейін өсті , ал мобильді сайттар үшін - 0,15 МБ-тан 1,6 МБ дейін, консервативті бағалау.
Трафик көлемінің ұлғаюы (1 мегабайт ақпаратты беру үшін қажетті энергия), бұл Интернет энергияны тұтынудың тұрақты өсуін тудырады. Ауыр және көбірек жүктелетін сайттар желілік инфрақұрылымға жүктемені арттырып қана қоймайды, сонымен қатар жиі лақтырылатын және жаңаларын шығаратын компьютерлер мен смартфондардың «өмірлік циклін» қысқартады. .
Және, әрине, жұмыс жүктемесінің жоғарылауын өмір салтының өзі жасайды: адамдар бүкіл уақытын Интернетте өткізеді және әртүрлі веб-қызметтерге қатты сенеді. Қазіргі қоғамды бұлтты IT инфрақұрылымынсыз (әлеуметтік желілер, мессенджерлер, пошта және т.б.) елестету қазірдің өзінде қиын.
Сервер және веб-сайт конфигурациясы
В Веб-сервердің аппараттық конфигурациясы мен бағдарламалық жасақтамасы толық сипатталған.
Бір тақталы компьютер төмен қуат тұтыну және қуатты басқару чипі сияқты пайдалы қосымша мүмкіндіктер үшін таңдалған . Ол тақтадан және аккумулятордан ағымдағы кернеу мен ток туралы статистиканы сұрауға мүмкіндік береді. Микросхема батарея мен тұрақты ток коннекторы арасында қуатты автоматты түрде ауыстырады, онда ток күн панелінен шығады. Осылайша, батареяның қолдауымен серверді үздіксіз қуатпен қамтамасыз ету мүмкін.
Olimex Olinuxino A20 әк 2
Бастапқыда аккумулятор ретінде сыйымдылығы 6600 мАч (шамамен 24 Вт/сағ) литий-полимерлі аккумулятор таңдалды, содан кейін сыйымдылығы 84,4 Вт/сағ қорғасын-қышқылды аккумулятор орнатылды.
Амалдық жүйе SD картасынан жүктеледі. Операциялық жүйе 1 ГБ-тан аспайтын және статикалық веб-сайт шамамен 30 МБ болса да, 10 16 ГБ класынан кіші картаны сатып алудың экономикалық мағынасы болмады.
Сервер Интернетке Барселонадағы 100 Мбит/с үй қосылымы және стандартты тұтынушы маршрутизаторы арқылы қосылады. Ол үшін статикалық IP мекенжайы сақталған. Мұндай сайтты кез келген адам дерлік өз пәтерінде орната алады, порттарды жергілікті IP-ге жіберу үшін брандмауэр параметрлерін сәл өзгерту керек:
HTTP үшін 80-ден 80-ге дейінгі порт HTTPS үшін 443-443 порты SSH үшін 22-22 порты
Операциялық жүйе Debian дистрибуциясы мен ядросына негізделген , ол AllWinner чиптері бар жалғыз тақталарға арналған.
Веб-серверге арналған 50 ватт күн батареясы және авторлық пәтердегі қонақ бөлмені жарықтандыруға арналған 10 ватт күн батареясы
Жүйе жасаған статикалық сайт (Python тіліндегі сайт генераторы). Статикалық сайттар жылдамырақ жүктеледі және процессорды аз қажет етеді, сондықтан олар динамикалық түрде жасалған беттерге қарағанда энергияны үнемдейді. Тақырыптың бастапқы кодын қараңыз. .
Өте маңызды сәт - кескінді қысу, өйткені бұл оңтайландырусыз веб-беттерді 1 мегабайттан кіші ету мүмкін емес. Оңтайландыру үшін фотосуреттерді жарты тонды кескіндерге түрлендіру туралы шешім қабылданды. Мысалы, өткен ғасырдағы коммутатордағы әйел телефон операторларының фотосуреті, .
Міне, өлшемнің оңтайландырылған сұр реңкті кескіні үш түсті (қара, ақ, сұр). Оптикалық иллюзияның арқасында көрерменге үш түстен көп түс бар сияқты көрінеді.
Жартылай тон фотосуреттері өлшемді оңтайландыру үшін ғана емес (өте күмәнді шешім), сонымен қатар эстетикалық себептермен де таңдалды. Бұл ескі кескінді өңдеу техникасының белгілі бір стилистикалық ерекшеліктері бар, сондықтан сайт біршама ерекше дизайнға ие.
Оңтайландырудан кейін Low-tech Magazine веб-сайтындағы 623 иллюстрация көлемі 194,2 МБ-тан 21,3 МБ-қа дейін, яғни 89%-ға азайды.
Барлық ескі мақалалар жаңа мақалаларды жазуды жеңілдету үшін, сондай-ақ сақтық көшірме жасауды жеңілдету үшін Markdown бағдарламасына түрлендірілді. . Барлық сценарийлер мен трекерлер, сонымен қатар логотиптер сайттан жойылды. Клиент браузеріндегі әдепкі қаріп пайдаланылады. «Логотип» ретінде – солға қарай көрсеткісі бар бас әріптермен журналдың атауы: LOW←TECH MAGAZINE. Суреттің орнына бар болғаны 16 байт.
Бос уақыт болған жағдайда «офлайн оқу» мүмкіндігі ұйымдастырылды: мәтіндер мен суреттер RSS арнасына экспортталады. 100% мазмұнды кэштеу қосылған, соның ішінде HTML.
Тағы бір оңтайландыру nginx жүйесінде HTTP2 параметрлерін қосу болып табылады, ол HTTP/1.1 нұсқасымен салыстырғанда трафикті аздап азайтады және бетті жүктеу уақытын азайтады. Кесте бес түрлі беттің нәтижелерін салыстырады.
| | FP | БІЗ | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46с | 1.87с | 1.54с | 1.86с | 1.89с | | HTTP2 | 1.30с | 1.49с | 1.54с | 1.79с | 1.55с | | Суреттер | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | үнемдеу | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Толық nginx конфигурациясы:
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 айлық жұмыстың нәтижесі
12 жылдың 2018 желтоқсаны мен 28 жылдың 2019 қарашасы аралығында сервер көрсетті . Бұл ауа-райының қолайсыздығынан жыл бойына 399 сағаттың тоқтап тұрғанын білдіреді.
Бірақ соңғы екі айды есепке алмасаңыз, жұмыс уақыты 98,2%, ал тоқтау уақыты небәрі 152 сағат болды, деп жазады әзірлеушілер. Бағдарламалық құралды жаңартуға байланысты қуат тұтыну өскен соңғы екі айда жұмыс уақыты 80%-ға дейін төмендеді. Әр түнде сайт бірнеше сағатқа жабылды.
Статистикалық мәліметтерге сәйкес, бір жыл ішінде (3 жылдың 2018 желтоқсанынан 24 жылдың 2019 қарашасына дейін) сервердің электр энергиясын тұтынуы 9,53 кВт/сағ құрады. Кернеуді түрлендіру және аккумуляторды зарядсыздандыру салдарынан фотоэлектрлік жүйеде айтарлықтай шығындар тіркелді. Күн контроллері жыл сайынғы 18,10 кВт/сағ тұтынуды көрсетті, бұл жүйенің тиімділігі шамамен 50% құрайды.
Жеңілдетілген диаграмма. Ол 12-ден 5 вольтке дейінгі кернеу түрлендіргішін және аккумулятордың ампер-сағат өлшегішін көрсетпейді.
Зерттеу кезеңінде сайтқа 865 000 бірегей келушілер келген. Күн қондырғысындағы барлық энергия ысыраптарын қосқанда, бір келушіге шаққандағы энергия шығыны 0,021 Вт сағ құрады. Осылайша, өндірілген бір киловатт-сағат күн энергиясы 50 мыңға жуық бірегей келушілерге қызмет көрсетуге жеткілікті.
Эксперимент барысында әртүрлі өлшемдегі күн батареялары сынақтан өтті. Кестеде әртүрлі көлемдегі күн батареяларын пайдаланған кезде әртүрлі қуаттағы аккумуляторларды зарядтауға қанша уақыт қажет болатыны туралы есептеулер көрсетілген.
Веб-сервердің бірінші жылдағы орташа қуат тұтынуы барлық энергия шығындарын қосқанда 1,97 Вт құрады. Есептеулер көрсеткендей, жылдың ең қысқа түнінде (8 сағат 50 минут, 21 маусым) бір түнде веб-сайтты іске қосу үшін 17,40 ватт-сағат сақтау қуаты қажет, ал ең ұзақ түнде (14 сағат 49 минут, 21 желтоқсан) сізге 29,19 қуат қажет. .XNUMX Вт.
Қорғасын-қышқылды аккумуляторлар жарты сыйымдылықтан төмен зарядсызданбауы керек болғандықтан, оңтайлы күндізгі жарықпен (60x2 Вт/сағ) ең ұзақ түнге төтеп беру үшін серверге 29,19 Вт-сағ батарея қажет. Жылдың көп бөлігінде жүйе 86,4 Вт-сағ батареямен және 50 ватт күн панелімен жұмыс істеді, содан кейін жоғарыда айтылған 95-98% жұмыс уақытына қол жеткізілді.
Жұмыс уақыты 100%
100% жұмыс уақыты үшін батарея сыйымдылығын арттыру қажет. Бір күндік өте нашар ауа-райының орнын толтыру үшін (елеулі электр қуатынсыз) 47,28 ватт-сағат (24 сағат × 1,97 ватт) сақтау орны қажет.
1 жылдың 2019 желтоқсанынан 12 жылдың 2020 қаңтарына дейін жүйеде 168 ватт батарея орнатылды, оның практикалық сақтау сыйымдылығы 84 ватт-сағат. Бұл сайтты екі түн және бір күн бойы жұмыс істеуге жеткілікті сақтау орны. Конфигурация жылдың ең қараңғы кезеңінде сыналған, бірақ ауа-райы салыстырмалы түрде жақсы болды - және көрсетілген кезеңде жұмыс уақыты 100% болды.
Бірақ бірнеше жыл бойы 100% жұмыс уақытына кепілдік беру үшін, қолайсыз ауа-райы бірнеше күн бойы сақталатын ең нашар сценарийді қамтамасыз ету керек. Есептеулер көрсеткендей, веб-сайтты төрт күн бойы аз қуат өндірумен немесе онсыз желіде ұстау үшін сізге 440 ватт-сағат сыйымдылығы бар қорғасын-қышқылды аккумулятор қажет болады, бұл автомобиль аккумуляторының өлшеміне тең.
Тәжірибеде, жақсы ауа-райында 48 Вт-сағ қорғасын-қышқылды аккумулятор серверді наурыздан қыркүйекке дейін түні бойы жұмыс істейді. 24 Вт-сағ батарея серверге ең көбі 6 сағат жұмыс істейді, яғни айға байланысты әр түрлі уақытта болса да, ол әр түнде өшеді.
Жалпы алғанда, кейбір сайттар келушілер саны аз болған кезде түнде жұмыс істеудің қажеті жоқ, дейді Low-Tech Magazine журналының жігіттері. Мысалы, егер бұл басқа уақыт белдеулерінен келушілер емес, тек жергілікті тұрғындар келетін облыстық қалалық басылым болса.
Яғни, әртүрлі трафигі және әртүрлі жұмыс уақыты бар сайттар үшін әртүрлі қуаттағы батареялар мен әртүрлі өлшемдегі күн батареялары қажет.
Автор қанша энергия қажет болатынын есептеп береді өндіріс күн панельдерінің өздері (көрсетілген энергия) және бұл соманы 10 жыл күтілетін қызмет мерзіміне бөлсеңіз, қанша болады.
Осылайша, панельдерді өндіру және пайдалану кезінде тұтынылатын қазба отындарының баламасын есептеуге болады. Төмен технологиялық журнал олардың жұмысының бірінші жылында олардың жүйесі (50 Вт панель, 86,4 Вт аккумулятор) шамамен 9 кг шығарындыларды немесе 3 литр бензинді жағуға тең: шамамен 50-ге тең болатынын анықтады. жылдық автокөлік км жол жүру.
Егер сервер күн панельдерінен емес, жалпы электр желісінен қуат алса, онда эквивалентті шығарындылар алты есе төмен: 1,54 кг (Испандық энергетикалық сектор баламалы энергия мен атом электр станцияларының үлесі жоғары). Бірақ бұл мүлдем дұрыс салыстыру емес, деп жазады автор, өйткені ол күн инфрақұрылымының жинақталған энергиясын ескереді, бірақ жалпы энергетикалық желі үшін бұл көрсеткішті, яғни оны салуға және қолдауға кететін шығындарды ескермейді. .
Қосымша жақсартулар
Өткен уақыт ішінде сервер қуатын тұтынуды азайтатын бірқатар оңтайландырулар жүргізілді. Мысалы, бір уақытта әзірлеуші жалпы 6,63 ТБ трафиктің 11,15 ТБ мазмұнын әр бірнеше минут сайын шығаратын бір қате RSS арнасын енгізу арқылы жасалғанын байқады. Бұл қатені жөндегеннен кейін сервердің қуат тұтынуы (қуат шығынын қоспағанда) 1,14 Вт-тан шамамен 0,95 Вт-қа дейін төмендеді. Пайда аз болып көрінуі мүмкін, бірақ 0,19 Вт айырмашылық тәулігіне 4,56 ватт-сағатты білдіреді, бұл сервер үшін 2,5 сағаттан астам батареяның қызмет ету мерзіміне сәйкес келеді.
Бірінші жылы тиімділік тек 50% құрады. Шығындар аккумуляторды зарядтау және разрядтау кезінде (22%), сондай-ақ кернеуді 12 В-тан (күндік PV жүйесі) 5 В-ға (USB) түрлендіру кезінде байқалды, мұнда жоғалтулар 28% дейін болды. Әзірлеуші ол оңтайлы емес кернеу түрлендіргіші (кіріктірілген USB жоқ контроллер) бар екенін мойындайды, сондықтан сіз бұл нүктені оңтайландыра аласыз немесе 5 В күн қондырғысына ауыса аласыз.
Энергияны сақтау тиімділігін арттыру үшін қорғасын-қышқылды аккумуляторларды зарядтау/разряд шығыны төмен (<10%) қымбатырақ литий-ионды батареялармен ауыстыруға болады. Қазір дизайнер ықшам нұсқаны қарастыруда (CAES), оның қызмет ету мерзімі ондаған жылдарға созылады, бұл оның өндірісіндегі көміртегі ізінің аз екендігін білдіреді.
Шағын қысылған ауа энергия аккумуляторы,
Қосымша жел турбинасын орнату қарастырылуда (ол болуы мүмкін ) және панельдерді күнге қарай бұру үшін күн трекерін орнату. Трекер электр энергиясын өндіруді 30% арттыруға мүмкіндік береді.
Жүйенің тиімділігін арттырудың тағы бір жолы - оны масштабтау. Серверде көбірек веб-сайттарды көтеріп, көбірек серверлерді іске қосыңыз. Сонда бір учаскеге энергия тұтыну азаяды.
Күн хостинг компаниясы. Сурет: Диего Мармолехо
Егер сіз бүкіл пәтеріңіздің балконын күн панельдерімен жауып, күн веб-хостинг компаниясын ашсаңыз, бір тұтынушы құны бір веб-сайтқа қарағанда айтарлықтай төмен болады: масштабты үнемдеу.
Тұтастай алғанда, бұл эксперимент белгілі бір шектеулерді ескере отырып, компьютерлік инфрақұрылымның жаңартылатын энергия көздерінде жұмыс істеуі толығымен мүмкін екенін көрсетеді.
Теориялық тұрғыдан, мұндай сервер әлемнің басқа бөліктерінде шағылыстырылса, батареясыз да жұмыс істей алады. Мысалы, Жаңа Зеландия мен Чилиде айналар орнатыңыз. Барселонада түн болған кезде күн батареялары жұмыс істейді.
Ақпарат көзі: www.habr.com