Првиот прототип на соларен сервер со контролер за полнење. Фото:
Во септември 2018 година, ентузијаст од Low-tech Magazine . Целта беше да се намали потрошувачката на енергија толку многу што еден соларен панел би бил доволен за домашен сервер кој се одржува самостоен. Ова не е лесно, бидејќи страницата мора да работи 24 часа на ден. Ајде да видиме што се случи на крајот.
Можете да отидете на серверот , проверете ја моменталната потрошувачка на енергија и нивото на полнење на батеријата. Сајтот е оптимизиран за минимален број барања од страницата и минимален сообраќај, така што треба да издржи наплив на сообраќај од Хабр. Според пресметките на инвеститорот, потрошувачката на енергија по единствен посетител е 0,021 Wh.
Непосредно пред зори на 31 јануари 2020 година, му останаа 42% батерија. Зори во Барселона во 8:04 часот по локално време, по што треба да тече струја од соларниот панел.
Зошто?
Пред десет години експерти дека развојот на Интернет придонесува за „дематеријализација“ на општеството, универзална дигитализација - и, како резултат на тоа, намалување на вкупната потрошувачка на енергија. Тие не беа во право. Всушност, самиот Интернет бараше , и овие тома продолжуваат да растат.
ИТ компаниите започнаа иницијативи да се префрлат на алтернативни извори на енергија, но тоа сега е невозможно. Сите центри за податоци трошат три пати повеќе енергија отколку што произведуваат сите соларни и ветерни инсталации во светот. Уште полошо, производството и редовна замена на соларни панели и турбини на ветер , затоа, денес е едноставно невозможно да се напуштат фосилните горива (нафта, гас, ураниум). Но, овие резерви нема да траат долго, па неминовно ќе треба да размислуваме како да живееме од обновливи извори. Вклучувајќи ја работата на компјутерската инфраструктура, вклучително и веб-серверите.
Ниско-технолошки магазин Веб-страниците пребрзо се надувуваат. Просечната големина на страницата се зголеми од 2010 до 2018 година , а за мобилни сајтови - од 0,15 MB до 1,6 MB, конзервативна проценка.
Зголемување на обемот на сообраќај (енергијата потребна за пренос на 1 мегабајт информации), што предизвикува постојано зголемување на потрошувачката на енергија на Интернет. Потешките и пооптоварени локации не само што го зголемуваат оптоварувањето на мрежната инфраструктура, туку и го скратуваат „животниот циклус“ на компјутерите и паметните телефони, кои треба почесто да се исфрлаат и да се произведуваат нови, кои исто така .
И, се разбира, зголемениот обем на работа е создаден од самиот начин на живот: луѓето речиси цело време го поминуваат на Интернет и многу се потпираат на различни веб-услуги. Веќе е тешко да се замисли модерното општество без облак ИТ инфраструктура (социјални мрежи, инстант-месинџери, пошта, итн.)
Конфигурација на сервер и веб-страница
В Хардверската конфигурација и софтверскиот стек на веб-серверот се детално опишани.
Компјутер со една табла избран за ниска потрошувачка на енергија и корисни дополнителни функции како чип за управување со енергија . Ви овозможува да побарате статистика за тековниот напон и струја од плочата и батеријата. Микро колото автоматски го префрла напојувањето помеѓу батеријата и DC конекторот, каде струјата тече од соларниот панел. Така, можно е непречено напојување на серверот со поддршка за батерии.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Првично, за батерија беше избрана литиум-полимерна батерија со капацитет од 6600 mAh (околу 24 Wh), а потоа беше инсталирана оловно-киселинска батерија со капацитет од 84,4 Wh.
Оперативниот систем се подига од SD-картичката. Иако оперативниот систем зафаќа не повеќе од 1 GB, а статичната веб-страница е околу 30 MB, немаше економска смисла да се купи картичка помала од Class 10 16 GB.
Серверот се поврзува на Интернет преку домашна конекција од 100 Mbps во Барселона и стандарден рутер за потрошувачи. За него е резервирана статичка IP адреса. Речиси секој може да постави таква локација во својот стан; треба малку да ги промените поставките на заштитниот ѕид за да ги препраќате портите на локална IP адреса:
Порта 80 до 80 за HTTP Порта 443 до 443 за HTTPS Порта 22 до 22 за SSH
Оперативен систем врз основа на дистрибуцијата и кернелот на Debian , кој е дизајниран за единечни табли со чипови AllWinner.
Сончев панел од 50 вати за веб сервер и 10 вати соларен панел за осветлување на дневната соба во станот на авторот
Статичка локација генерирана од системот (генератор на сајтови во Python). Статичните страници се вчитуваат побрзо и се помалку интензивни на процесорот, така што тие се многу поефикасни енергетски од динамички генерираните страници. Погледнете го изворниот код за темата. .
Многу важна точка е компресија на сликата, бидејќи без оваа оптимизација е речиси невозможно да се направат веб-страници помали од 1 мегабајт. За оптимизација, беше одлучено фотографиите да се претворат во полутонови слики. На пример, еве фотографија од женски телефонски оператори на разводна табла во минатиот век, .
И тука е оптимизирана слика со големина на сиви тонови со три бои (црна, бела, сива). Поради оптичката илузија, на гледачот му се чини дека има повеќе од три бои.
Полутоновите фотографии беа избрани не само за да се оптимизира големината (прилично сомнителна одлука), туку и од естетски причини. Оваа стара техника за обработка на слики има одредени стилски карактеристики, така што страницата има донекаде уникатен дизајн.
По оптимизацијата, 623 илустрации на веб-страницата Low-tech Magazine се намалија во големина од 194,2 MB на 21,3 MB, односно за 89%.
Сите стари написи беа претворени во Markdown за полесно пишување нови статии, како и за полесно правење резервна копија преку . Сите скрипти и тракери, како и логоа беа отстранети од страницата. Се користи стандардниот фонт во прелистувачот на клиентот. Како „лого“ - името на списанието со големи букви со стрелка налево: LOW←TECH MAGAZINE. Само 16 бајти наместо слика.
Во случај на застој, организирана е можност за „офлајн читање“: текстовите и сликите се извезуваат на RSS фидот. Овозможено е кеширање на 100% содржина, вклучително и HTML.
Друга оптимизација е овозможување на поставките за HTTP2 во nginx, што малку го намалува сообраќајот и го намалува времето за вчитување на страницата во споредба со HTTP/1.1. Табелата ги споредува резултатите за пет различни страници.
| | FP | НИЕ | ХС | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46s | 1.87s | 1.54 с | 1.86s | 1.89s | | HTTP2 | 1.30 часот | 1.49с | 1.54 с | 1.79s | 1.55 секунди | | Слики | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | заштеди | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Целосна конфигурација на nginx:
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;
}Резултати од 15 месеци работа
За периодот од 12 декември 2018 до 28 ноември 2019 година, серверот покажа . Тоа значи дека поради лошите временски услови, застојот за годината бил 399 часа.
Но, ако не се земат предвид последните два месеци, времето на работа беше 98,2%, а времето на застој беше само 152 часа, пишуваат програмерите. Времето на работа падна на 80% во последните два месеци кога потрошувачката на енергија се зголеми поради ажурирање на софтверот. Секоја вечер страницата се намалуваше по неколку часа.
Според статистичките податоци, за годината (од 3 декември 2018 до 24 ноември 2019 година), потрошувачката на електрична енергија на серверот била 9,53 kWh. Евидентирани се значителни загуби во фотоволтаичниот систем поради конверзија на напон и празнење на батеријата. Соларниот контролер покажа годишна потрошувачка од 18,10 kWh, што значи дека ефикасноста на системот е околу 50%.
Поедноставен дијаграм. Не покажува конвертор на напон од 12 до 5 волти и метар ампер-час на батерија
Во текот на студискиот период, 865 уникатни посетители ја посетија страницата. Вклучувајќи ги сите загуби на енергија во соларната инсталација, потрошувачката на енергија по единствен посетител беше 000 Wh. Така, еден киловат-час генерирана сончева енергија е доволен за да опслужи речиси 0,021 уникатни посетители.
За време на експериментот беа тестирани соларни панели со различни големини. Табелата покажува пресметки за тоа колку време ќе биде потребно за полнење на батерии со различен капацитет при користење на соларни панели со различни големини.
Просечната потрошувачка на енергија на веб-серверот во текот на првата година, вклучувајќи ги сите загуби на енергија, беше 1,97 вати. Пресметката покажува дека за управување со веб-локација во текот на ноќта во најкратката ноќ во годината (8 часа 50 минути, 21 јуни) потребни се 17,40 ват-часови моќност за складирање, а во најдолгата ноќ (14 часа 49 минути, 21 декември) ви требаат 29,19 .XNUMX В.
Бидејќи оловно-киселинските батерии не треба да се испуштаат под половина капацитет, на серверот му е потребна батерија од 60 Wh за да ја преживее најдолгата ноќ со оптимална дневна светлина (2x29,19 Wh). Поголемиот дел од годината, системот работеше со батерија од 86,4 Wh и соларен панел од 50 вати, а потоа беше постигнато гореспоменатото време на работа од 95-98%.
Време на работа 100%
За 100% време на работа, потребно е да се зголеми капацитетот на батеријата. За да се компензира еден ден многу лошо време (без значително производство на енергија), потребни се 47,28 ват-часови (24 часа × 1,97 вати) складирање.
Од 1 декември 2019 година до 12 јануари 2020 година, во системот беше инсталирана батерија од 168 вати, која има практичен капацитет за складирање од 84 ват-часови. Ова е доволно складирање за да се одржи страницата да работи две ноќи и еден ден. Конфигурацијата беше тестирана во најтемниот период од годината, но времето беше релативно добро - и во наведениот период времето на работа беше 100%.
Но, за да гарантирате 100% време на работа за неколку години, ќе мора да го обезбедите најлошото сценарио, кога лошото време трае неколку дена. Пресметката покажува дека за да одржувате веб-страница на интернет четири дена со ниско или без производство на енергија, ќе ви треба оловно-киселинска батерија со капацитет од 440 ват-часови, што е со големина на батерија на автомобил.
Во пракса, во добри временски услови, оловно-киселинската батерија од 48 Wh ќе го одржува серверот да работи преку ноќ од март до септември. Батеријата од 24 Wh ќе го издржи серверот најмногу 6 часа, што значи дека ќе се исклучува секоја вечер, иако во различни периоди во зависност од месецот.
Во голема мера, некои сајтови не треба да работат навечер, кога бројот на посетители е минимален, велат момците од Low-tech Magazine. На пример, ако ова е регионална градска публикација, каде што не доаѓаат посетители од други временски зони, туку само локални жители.
Односно, за локации со различен сообраќај и различно време на работа, потребни се батерии со различни капацитети и соларни панели со различни големини.
Авторот дава пресметка за тоа колку енергија е потребна производство самите соларни панели (отелотворена енергија) и колку ќе излезе ако ја поделите оваа сума со очекуваниот работен век од 10 години.
На овој начин може да се пресмета еквивалентот на фосилните горива кои се трошат при производството и работењето на панелите. Low-tech Magazine откри дека во првата година од работењето, нивниот систем (панел од 50 W, батерија од 86,4 Wh) „генерирал“ приближно 9 kg емисии или еквивалент на согорување на 3 литри бензин: приближно исто како и 50- годишен патнички автомобил патување km.
Ако серверот не се напојува од соларни панели, туку од општата електрична мрежа, тогаш се чини дека еквивалентните емисии се шест пати помали: 1,54 kg (шпанскиот енергетски сектор има висок удел на алтернативна енергија и нуклеарни централи). Но, ова не е сосема правилна споредба, пишува авторот, бидејќи ја зема предвид отелотворената енергија на сончевата инфраструктура, но не го зема предвид овој индикатор за општата енергетска мрежа, односно трошоците за нејзината изградба и поддршка .
Понатамошни подобрувања
Во изминатото време беа извршени голем број оптимизации кои ја намалија потрошувачката на енергија на серверот. На пример, во еден момент програмерот забележал дека 6,63 TB од вкупните 11,15 TB сообраќај биле генерирани од една неточна имплементација на RSS feed што влече содржина на секои неколку минути. По отстранувањето на оваа грешка, потрошувачката на енергија на серверот (со исклучок на загубите на енергија) се намали од 1,14 W на приближно 0,95 W. Добивката може да изгледа мала, но разликата од 0,19 W значи 4,56 ват-часови дневно, што одговара на повеќе од 2,5 часа траење на батеријата за серверот.
Во текот на првата година, ефикасноста беше само 50%. Забележани се загуби при полнење и празнење на батеријата (22%), како и при конвертирање на напонот од 12 V (соларен PV систем) на 5 V (USB), при што загубите беа до 28%. Инвеститорот признава дека има неоптимален конвертор на напон (контролор без вграден USB), па можете да ја оптимизирате оваа точка или да се префрлите на соларна инсталација од 5V.
За да се подобри ефикасноста на складирање енергија, оловно-киселинските батерии може да се заменат со поскапи литиум-јонски батерии, кои имаат помали загуби на полнење/празнење (<10%). Сега дизајнерот размислува за компактен (CAES), кој има децениски животен век, што значи помал јаглероден отпечаток на неговото производство.
Компактен акумулатор за енергија на компримиран воздух,
Се размислува за поставување дополнителна турбина на ветер (може да биде ) и инсталирање соларен тракер за вртење на панелите кон сонцето. Тракерот ви овозможува да го зголемите производството на електрична енергија за 30%.
Друг начин да се зголеми ефикасноста на системот е да се зголеми. Подигнете повеќе веб-локации на серверот и стартувајте повеќе сервери. Тогаш потрошувачката на енергија по локација ќе се намали.
Компанија за соларни хостинг. Илустрација: Диего Мармолехо
Ако го покриете целиот балкон на вашиот стан со соларни панели и отворите компанија за соларна веб-хостинг, цената по клиент ќе биде значително помала отколку за една веб-локација: економии на обем.
Генерално, овој експеримент покажува дека, со оглед на одредени ограничувања, целосно е можно компјутерската инфраструктура да работи на обновливи извори на енергија.
Теоретски, таков сервер би можел дури и без батерија ако се пресликува во други делови на светот. На пример, инсталирајте огледала во Нов Зеланд и Чиле. Таму соларните панели ќе работат кога е ноќ во Барселона.
Извор: www.habr.com