Pirmasis saulės serverio su įkrovimo valdikliu prototipas. Nuotrauka:
2018 m. rugsėjo mėn. „Low-tech Magazine“ entuziastas . Tikslas buvo sumažinti energijos sąnaudas tiek, kad namuose veikiančiam serveriui užtektų vienos saulės baterijos. Tai nėra lengva, nes svetainė turi dirbti 24 valandas per parą. Pažiūrėkime, kas atsitiko pabaigoje.
Galite eiti į serverį , patikrinkite esamą energijos suvartojimą ir akumuliatoriaus įkrovos lygį. Svetainė optimizuota minimaliam užklausų iš puslapio skaičiui ir minimaliam srautui, todėl ji turėtų atlaikyti srauto iš Habro antplūdį. Kūrėjo skaičiavimais, energijos suvartojimas vienam unikaliam lankytojui yra 0,021 Wh.
Prieš pat auštant 31 m. sausio 2020 d. akumuliatoriaus įkrova buvo likusi 42 %. Aušra Barselonoje 8:04 vietos laiku, po kurios srovė turėtų tekėti iš saulės baterijos.
Kodėl?
Prieš dešimt metų ekspertai kad interneto plėtra prisideda prie visuomenės „dematerializacijos“, visuotinės skaitmenizacijos – ir dėl to bendro energijos suvartojimo mažinimo. Jie klydo. Tiesą sakant, reikalavo pats internetas , ir šios apimtys toliau auga.
IT įmonės ėmėsi iniciatyvų pereiti prie alternatyvių energijos šaltinių, tačiau dabar tai neįmanoma. Visi duomenų centrai sunaudoja tris kartus daugiau energijos, nei generuoja visi saulės ir vėjo energijos įrenginiai pasaulyje. Dar blogiau – saulės kolektorių ir vėjo turbinų gamyba ir reguliarus keitimas , todėl šiandien atsisakyti iškastinio kuro (naftos, dujų, urano) tiesiog neįmanoma. Bet šių atsargų ilgai neužteks, tad neišvengiamai teks galvoti, kaip gyventi iš atsinaujinančių šaltinių. Įskaitant kompiuterių infrastruktūros, įskaitant žiniatinklio serverius, valdymą.
Žemųjų technologijų žurnalas Tinklalapiai išsipučia per greitai. Vidutinis puslapio dydis padidėjo nuo 2010 iki 2018 m , o svetainėms mobiliesiems – nuo 0,15 MB iki 1,6 MB, konservatyvus įvertinimas.
Eismo srautų padidėjimas (energija, reikalinga 1 megabaitui informacijos perduoti), dėl to nuolat didėja interneto energijos suvartojimas. Sunkesnės ir labiau apkrautos svetainės ne tik padidina tinklo infrastruktūros apkrovą, bet ir sutrumpina kompiuterių bei išmaniųjų telefonų „gyvenimo ciklą“, kuriuos tenka dažniau išmesti ir gaminti naujus, kurie taip pat .
Ir žinoma, padidėjusį darbo krūvį sukuria pats gyvenimo būdas: žmonės beveik visą laiką praleidžia prie interneto ir labai pasikliauja įvairiomis interneto paslaugomis. Jau dabar sunku įsivaizduoti šiuolaikinę visuomenę be debesų IT infrastruktūros (socialinių tinklų, momentinių žinučių, pašto ir kt.)
Serverio ir svetainės konfigūracija
В Išsamiai aprašyta žiniatinklio serverio aparatinės įrangos konfigūracija ir programinės įrangos paketas.
Vienos plokštės kompiuteris pasirinktas dėl mažo energijos suvartojimo ir naudingų papildomų funkcijų, tokių kaip energijos valdymo lustas . Tai leidžia prašyti statistikos apie esamą įtampą ir srovę iš plokštės ir akumuliatoriaus. Mikroschema automatiškai perjungia maitinimą tarp akumuliatoriaus ir nuolatinės srovės jungties, kur srovė teka iš saulės baterijos. Taigi galimas nepertraukiamas serverio maitinimas su baterijos palaikymu.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Iš pradžių kaip akumuliatorius buvo pasirinktas 6600 mAh (apie 24 Wh) ličio polimerų akumuliatorius, vėliau buvo sumontuotas 84,4 Wh talpos švino-rūgštinis akumuliatorius.
Operacinė sistema paleidžiama iš SD kortelės. Nors OS užima ne daugiau kaip 1 GB, o statinė svetainė yra apie 30 MB, nebuvo jokios ekonominės prasmės pirkti mažesnę nei 10 klasės 16 GB kortelę.
Serveris jungiasi prie interneto per 100Mbps namų ryšį Barselonoje ir standartinį vartotojų maršrutizatorių. Jam rezervuotas statinis IP adresas. Beveik kiekvienas gali sukurti tokią svetainę savo bute; norėdami persiųsti prievadus į vietinį IP, turite šiek tiek pakeisti ugniasienės nustatymus:
80–80 prievadas, skirtas HTTP Prievadas 443–443 HTTPS prievadas 22–22 SSH
Operacinė sistema paremtas Debian platinimu ir branduoliu , kuris skirtas vienguboms plokštėms su AllWinner lustais.
50 vatų saulės baterija interneto serveriui ir 10 vatų saulės baterija svetainei apšviesti autoriaus bute
Sistemos sukurta statinė svetainė (svetainės generatorius Python). Statinės svetainės įkeliamos greičiau ir joms reikia mažiau procesoriaus, todėl jos yra daug efektyvesnės nei dinamiškai generuojami puslapiai. Žr. temos šaltinio kodą. .
Labai svarbus dalykas yra vaizdo glaudinimas, nes be šio optimizavimo beveik neįmanoma sukurti tinklalapių, kurių dydis mažesnis nei 1 megabaitas. Siekiant optimizavimo, buvo nuspręsta nuotraukas konvertuoti į pustonių vaizdus. Pavyzdžiui, praėjusio šimtmečio telefono operatorių moterų nuotrauka ant komutatoriaus, .
Ir čia yra optimizuotas pilkos spalvos vaizdas trijų spalvų (juoda, balta, pilka). Dėl optinės iliuzijos žiūrovui atrodo, kad yra daugiau nei trys spalvos.
Pustonių nuotraukos buvo pasirinktos ne tik siekiant optimizuoti dydį (gana abejotinas sprendimas), bet ir dėl estetinių priežasčių. Ši sena vaizdo apdorojimo technika turi tam tikrų stilistinių ypatybių, todėl svetainė yra šiek tiek unikalaus dizaino.
Po optimizavimo 623 iliustracijos Low-tech Magazine svetainėje sumažėjo nuo 194,2 MB iki 21,3 MB, tai yra 89%.
Visi seni straipsniai buvo konvertuoti į Markdown, kad būtų lengviau rašyti naujus straipsnius ir būtų lengviau kurti atsargines kopijas per . Visi scenarijai ir stebėjimo priemonės, taip pat logotipai buvo pašalinti iš svetainės. Naudojamas numatytasis šriftas kliento naršyklėje. Kaip „logotipas“ - žurnalo pavadinimas didžiosiomis raidėmis su rodykle į kairę: LOW←TECH MAGAZINE. Tik 16 baitų vietoj paveikslėlio.
Prastovos atveju suorganizuota „skaitymo neprisijungus“ galimybė: tekstai ir paveikslėliai eksportuojami į RSS kanalą. Įgalintas 100 % turinio, įskaitant HTML, kaupimas talpykloje.
Kitas optimizavimas yra HTTP2 nustatymų įgalinimas nginx, kuris šiek tiek sumažina srautą ir sumažina puslapio įkėlimo laiką, palyginti su HTTP/1.1. Lentelėje palyginami penkių skirtingų puslapių rezultatai.
| | FP | MES | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|--------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46 s | 1.87 s | 1.54 s | 1.86 s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30s | 1.49 s | 1.54 s | 1.79 s | 1.55 s | | Vaizdai | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | santaupos | 11 % | 21 % | 0 % | 4 % | 18 % |
Visa nginx konfigūracija:
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 mėnesių darbo rezultatai
Laikotarpiu nuo 12 m. gruodžio 2018 d. iki 28 m. lapkričio 2019 d. serveris rodė . Tai reiškia, kad dėl prasto oro prastovos per metus buvo 399 valandos.
Tačiau jei neskaičiuosite paskutinių dviejų mėnesių, veikimo laikas buvo 98,2%, o prastovos - tik 152 valandos, rašo kūrėjai. Per pastaruosius du mėnesius veikimo laikas sumažėjo iki 80%, kai dėl programinės įrangos atnaujinimo padidėjo energijos suvartojimas. Kiekvieną vakarą svetainė sugesdavo kelioms valandoms.
Pagal statistiką, per metus (nuo 3 m. gruodžio 2018 d. iki 24 m. lapkričio 2019 d.) serverio elektros suvartojimas buvo 9,53 kWh. Užfiksuoti dideli fotovoltinės sistemos nuostoliai dėl įtampos konvertavimo ir akumuliatoriaus išsikrovimo. Saulės valdiklis rodė metinį 18,10 kWh suvartojimą, o tai reiškia, kad sistemos efektyvumas yra apie 50%.
Supaprastinta diagrama. Nerodo įtampos keitiklio nuo 12 iki 5 voltų ir akumuliatoriaus ampervalandžių skaitiklio
Per tyrimo laikotarpį svetainėje apsilankė 865 000 unikalių lankytojų. Įskaitant visus saulės energijos nuostolius, vienam lankytojui sunaudota 0,021 Wh energijos. Taigi, vienos kilovatvalandės pagamintos saulės energijos pakanka aptarnauti beveik 50 000 unikalių lankytojų.
Eksperimento metu buvo išbandytos įvairaus dydžio saulės baterijos. Lentelėje pateikti skaičiavimai, kiek laiko užtruks skirtingos talpos baterijų įkrovimas naudojant skirtingų dydžių saulės baterijas.
Vidutinis interneto serverio energijos suvartojimas per pirmuosius metus, įskaitant visus energijos nuostolius, buvo 1,97 vatai. Skaičiavimas rodo, kad norint paleisti svetainę per naktį trumpiausią metų naktį (8 val. 50 min., birželio 21 d.) reikia 17,40 vatvalandžių atminties, o ilgiausią naktį (14 val. 49 min., gruodžio 21 d.) – 29,19 .XNUMX Wh.
Kadangi švino rūgšties akumuliatoriai neturėtų išsikrauti mažiau nei pusė talpos, serveriui reikia 60 Wh baterijos, kad galėtų išgyventi ilgiausią naktį esant optimaliam dienos apšvietimui (2x29,19 Wh). Didžiąją metų dalį sistema veikė su 86,4 Wh talpos baterija ir 50 vatų saulės baterija, o tada buvo pasiektas minėtas 95-98% veikimo laikas.
Veikimo laikas 100 %
Norint užtikrinti 100% veikimo laiką, būtina padidinti akumuliatoriaus talpą. Norint kompensuoti vieną dieną esant labai blogam orui (negaunant daug energijos), reikia 47,28 vatvalandžių (24 val. × 1,97 vatų) saugyklos.
Nuo 1 metų gruodžio 2019 dienos iki 12 metų sausio 2020 dienos sistemoje buvo įdiegta 168 vatų baterija, kurios praktiška talpa – 84 vatvalandės. Tai pakankamai vietos, kad svetainė veiktų dvi naktis ir vieną dieną. Konfigūracija buvo išbandyta tamsiausiu metų periodu, tačiau oras buvo palyginti geras – ir per nurodytą laikotarpį veikimo laikas buvo 100%.
Tačiau norint garantuoti 100% veikimą kelerius metus, turėsite numatyti patį blogiausią scenarijų, kai blogas oras išsilaikys keletą dienų. Skaičiavimas rodo, kad norint, kad svetainė būtų internete keturias dienas, kai energijos generuojama mažai arba visai nėra, jums reikės 440 vatvalandžių talpos švino-rūgšties akumuliatoriaus, kuris prilygsta automobilio akumuliatoriaus dydžiui.
Praktiškai, esant geroms oro sąlygoms, 48 Wh švino-rūgšties baterija leis serveriui veikti naktį nuo kovo iki rugsėjo. 24 Wh baterija tarnaus serveriui daugiausiai 6 valandoms, tai reiškia, kad jis išsijungs kiekvieną naktį, nors ir skirtingu laiku, priklausomai nuo mėnesio.
Apskritai kai kurioms svetainėms nereikia dirbti naktimis, kai lankytojų skaičius yra minimalus, sako „Low-tech Magazine“ vaikinai. Pavyzdžiui, jei tai regioninis miesto leidinys, į kurį atvyksta ne lankytojai iš kitų laiko juostų, o tik vietiniai gyventojai.
Tai yra, skirtingo srauto ir skirtingo veikimo laiko svetainėms reikalingos skirtingos talpos baterijos ir skirtingo dydžio saulės baterijos.
Autorius pateikia skaičiavimus, kiek energijos reikia gamyba pačių saulės baterijų (įkūnytos energijos) ir kiek išeina, jei šią sumą padalinsite iš numatomo 10 metų tarnavimo laiko.
Tokiu būdu galima apskaičiuoti iškastinio kuro ekvivalentą, kuris sunaudojamas gaminant ir eksploatuojant plokštes. „Low-tech Magazine“ nustatė, kad pirmaisiais veiklos metais jų sistema (50 W skydelis, 86,4 Wh baterija) „sugeneravo“ maždaug 9 kg išmetamųjų teršalų arba prilygsta 3 litrų benzino sudeginimui: maždaug tiek pat, kiek 50- metų senumo automobiliu km kelionė.
Jei serveris maitinamas ne iš saulės baterijų, o iš bendro elektros tinklo, tada ekvivalentinė emisija atrodo šešis kartus mažesnė: 1,54 kg (Ispanijos energetikos sektoriuje yra didelė alternatyviosios energijos ir atominių elektrinių dalis). Tačiau tai nėra visiškai teisingas palyginimas, rašo autorius, nes jame atsižvelgiama į saulės infrastruktūros energiją, bet neatsižvelgiama į šį rodiklį bendram energijos tinklui, tai yra jo statybos ir palaikymo išlaidas. .
Tolesni patobulinimai
Per pastarąjį laiką buvo atlikta daugybė optimizacijų, kurios sumažino serverio energijos suvartojimą. Pavyzdžiui, vienu metu kūrėjas pastebėjo, kad 6,63 TB iš viso 11,15 TB srauto buvo sukurta dėl vieno netinkamo RSS sklaidos kanalo diegimo, kuris kas kelias minutes ištraukė turinį. Ištaisius šią klaidą, serverio energijos sąnaudos (neįskaitant energijos nuostolių) sumažėjo nuo 1,14 W iki maždaug 0,95 W. Prieaugis gali atrodyti nedidelis, tačiau 0,19 W skirtumas reiškia 4,56 vatvalandės per dieną, o tai atitinka daugiau nei 2,5 valandos serverio baterijos veikimo laiką.
Pirmaisiais metais efektyvumas siekė tik 50%. Nuostoliai pastebėti įkraunant ir iškraunant akumuliatorių (22%), taip pat konvertuojant įtampą nuo 12 V (saulės PV sistema) į 5 V (USB), kur nuostoliai siekė iki 28%. Kūrėjas pripažįsta, kad jis turi neoptimalios įtampos keitiklį (valdiklį be įmontuoto USB), todėl galite optimizuoti šį tašką arba pereiti prie 5 V saulės sistemos.
Siekiant pagerinti energijos kaupimo efektyvumą, švino rūgšties akumuliatorius galima pakeisti brangesniais ličio jonų akumuliatoriais, kurių įkrovimo/iškrovimo nuostoliai mažesni (<10%). Dabar dizaineris svarsto kompaktišką (CAES), kurios gyvavimo trukmė siekia dešimtmečius, o tai reiškia mažesnį anglies pėdsaką gaminant.
Kompaktiškas suspausto oro energijos akumuliatorius,
Svarstoma įrengti papildomą vėjo turbiną (gali būti ) ir įrengti saulės sekiklį, kad skydai būtų nukreipti į saulę. Trakeris leidžia padidinti elektros gamybą 30%.
Kitas būdas padidinti sistemos efektyvumą yra padidinti jos mastelį. Padidinkite daugiau svetainių serveryje ir paleiskite daugiau serverių. Tada sumažės energijos sąnaudos vienoje vietoje.
Saulės prieglobos įmonė. Iliustracija: Diego Marmolejo
Jei visą buto balkoną padengsite saulės baterijomis ir atidarysite saulės energijos interneto prieglobos įmonę, kaina vienam klientui bus žymiai mažesnė nei vienos svetainės: masto ekonomija.
Apskritai šis eksperimentas parodo, kad, atsižvelgiant į tam tikrus apribojimus, kompiuterių infrastruktūra visiškai gali veikti naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius.
Teoriškai toks serveris netgi galėtų apsieiti be baterijos, jei būtų atspindėtas kitose pasaulio vietose. Pavyzdžiui, įrenkite veidrodžius Naujojoje Zelandijoje ir Čilėje. Ten saulės baterijos veiks, kai Barselonoje bus naktis.
Šaltinis: www.habr.com