Prototaip pertama pelayan solar dengan pengawal cas. Foto:
Pada September 2018, seorang peminat dari Majalah Low-tech . Matlamatnya adalah untuk mengurangkan penggunaan tenaga sehinggakan satu panel solar akan mencukupi untuk pelayan yang dihoskan sendiri di rumah. Ini tidak mudah, kerana tapak mesti berfungsi 24 jam sehari. Mari lihat apa yang berlaku akhirnya.
Anda boleh pergi ke pelayan , semak penggunaan kuasa semasa dan paras cas bateri. Tapak ini dioptimumkan untuk bilangan minimum permintaan dari halaman dan trafik yang minimum, jadi ia harus menahan lonjakan trafik dari Habr. Mengikut pengiraan pembangun, penggunaan tenaga bagi setiap pelawat unik ialah 0,021 Wh.
Sebelum subuh pada 31 Januari 2020, ia mempunyai baki 42% bateri. Subuh di Barcelona pada 8:04 waktu tempatan, selepas itu arus akan mengalir dari panel solar.
Mengapa?
Sepuluh tahun lalu pakar bahawa pembangunan Internet menyumbang kepada "penyahmaterialisasi" masyarakat, pendigitalan sejagat - dan, akibatnya, pengurangan penggunaan tenaga secara keseluruhan. Mereka silap. Malah, Internet sendiri menuntut , dan jumlah ini terus berkembang.
Syarikat IT telah melancarkan inisiatif untuk beralih kepada sumber kuasa alternatif, tetapi ini kini mustahil. Semua pusat data menggunakan tenaga tiga kali ganda lebih banyak daripada yang dihasilkan oleh semua pemasangan solar dan angin di dunia. Lebih teruk lagi, pengeluaran dan penggantian tetap panel solar dan turbin angin , oleh itu, adalah mustahil hari ini untuk meninggalkan bahan api fosil (minyak, gas, uranium). Tetapi rizab ini tidak akan bertahan lama, jadi kita tidak dapat tidak perlu memikirkan cara untuk hidup dengan sumber boleh diperbaharui. Termasuk pengendalian infrastruktur komputer, termasuk pelayan web.
Majalah berteknologi rendah Halaman web mengembang terlalu cepat. Purata saiz halaman meningkat dari 2010 hingga 2018 , dan untuk tapak mudah alih - daripada 0,15 MB hingga 1,6 MB, anggaran konservatif.
Peningkatan jumlah trafik (tenaga yang diperlukan untuk menghantar 1 megabait maklumat), yang menyebabkan peningkatan berterusan dalam penggunaan tenaga Internet. Tapak yang lebih berat dan lebih sarat bukan sahaja meningkatkan beban pada infrastruktur rangkaian, tetapi juga memendekkan "kitaran hayat" komputer dan telefon pintar, yang perlu dibuang lebih kerap dan yang baru dihasilkan, yang juga .
Dan sudah tentu, peningkatan beban kerja dicipta oleh gaya hidup itu sendiri: orang menghabiskan hampir sepanjang masa mereka di Internet dan sangat bergantung pada pelbagai perkhidmatan web. Sudah sukar untuk membayangkan masyarakat moden tanpa infrastruktur IT awan (rangkaian sosial, utusan segera, mel, dll.)
Konfigurasi pelayan dan tapak web
Π Konfigurasi perkakasan dan susunan perisian pelayan web diterangkan secara terperinci.
Komputer papan tunggal dipilih untuk penggunaan kuasa yang rendah dan ciri tambahan yang berguna seperti cip pengurusan kuasa . Ia membolehkan anda meminta statistik mengenai voltan dan arus semasa dari papan dan bateri. Litar mikro secara automatik menukar kuasa antara bateri dan penyambung DC, di mana arus mengalir dari panel solar. Oleh itu, bekalan kuasa tanpa gangguan ke pelayan dengan sokongan bateri adalah mungkin.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Pada mulanya, bateri litium-polimer dengan kapasiti 6600 mAh (kira-kira 24 Wh) telah dipilih sebagai bateri, kemudian bateri asid plumbum dengan kapasiti 84,4 Wh telah dipasang.
Sistem pengendalian but daripada kad SD. Walaupun OS mengambil masa tidak lebih daripada 1 GB dan tapak web statik adalah kira-kira 30 MB, tiada kesan ekonomi untuk membeli kad yang lebih kecil daripada Kelas 10 16 GB.
Pelayan bersambung ke Internet melalui sambungan rumah 100Mbps di Barcelona dan penghala pengguna standard. Alamat IP statik dikhaskan untuknya. Hampir semua orang boleh menyediakan tapak sedemikian di apartmen mereka; anda perlu menukar sedikit tetapan tembok api untuk memajukan port ke IP tempatan:
Port 80 hingga 80 untuk HTTP Port 443 hingga 443 untuk HTTPS Port 22 hingga 22 untuk SSH
Sistem operasi berdasarkan pengedaran dan kernel Debian , yang direka untuk papan tunggal dengan cip AllWinner.
Panel solar 50 watt untuk pelayan web dan panel solar 10 watt untuk menerangi ruang tamu di apartmen penulis
Tapak statik yang dihasilkan oleh sistem (penjana tapak dalam Python). Tapak statik dimuatkan dengan lebih pantas dan kurang intensif CPU, jadi ia lebih cekap tenaga daripada halaman yang dijana secara dinamik. Lihat kod sumber untuk tema. .
Perkara yang sangat penting ialah pemampatan imej, kerana tanpa pengoptimuman ini hampir mustahil untuk menjadikan halaman web lebih kecil daripada 1 megabait. Untuk pengoptimuman, ia telah memutuskan untuk menukar gambar kepada imej halftone. Sebagai contoh, berikut ialah gambar operator telefon wanita pada papan suis pada abad yang lalu, .
Dan berikut ialah saiz imej skala kelabu yang dioptimumkan dengan tiga warna (hitam, putih, kelabu). Oleh kerana ilusi optik, nampaknya penonton terdapat lebih daripada tiga warna.
Gambar Halftone dipilih bukan sahaja untuk mengoptimumkan saiz (keputusan yang agak meragukan), tetapi juga atas sebab estetik. Teknik pemprosesan imej lama ini mempunyai ciri gaya tertentu, jadi tapak ini mempunyai reka bentuk yang agak unik.
Selepas pengoptimuman, 623 ilustrasi di laman web Majalah Berteknologi Rendah berkurangan saiznya daripada 194,2 MB kepada 21,3 MB, iaitu sebanyak 89%.
Semua artikel lama telah ditukar kepada Markdown untuk kemudahan menulis artikel baharu, serta untuk memudahkan sandaran melalui . Semua skrip dan penjejak, serta logo, telah dialih keluar daripada tapak. Fon lalai dalam penyemak imbas pelanggan digunakan. Sebagai "logo" - nama majalah dalam huruf besar dengan anak panah ke kiri: MAJALAH TEKNIK RENDAHβ. Hanya 16 bait bukannya gambar.
Dalam kes masa henti, kemungkinan "bacaan luar talian" telah diatur: teks dan gambar dieksport ke suapan RSS. Caching 100% kandungan didayakan, termasuk HTML.
Pengoptimuman lain ialah mendayakan tetapan HTTP2 dalam nginx, yang mengurangkan sedikit trafik dan mengurangkan masa memuatkan halaman berbanding HTTP/1.1. Jadual membandingkan keputusan untuk lima halaman yang berbeza.
| | FP | KAMI | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|-------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46s | 1.87s | 1.54s | 1.86s | 1.89s | | HTTP2 | 1.30s | 1.49s | 1.54s | 1.79s | 1.55s | | Imej | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | simpanan | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Konfigurasi nginx penuh:
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;
}Hasil kerja 15 bulan
Untuk tempoh dari 12 Disember 2018 hingga 28 November 2019, pelayan menunjukkan . Ini bermakna disebabkan cuaca buruk, masa henti bagi tahun tersebut ialah 399 jam.
Tetapi jika anda tidak mengambil kira dua bulan lepas, masa beroperasi adalah 98,2%, dan masa berhenti hanya 152 jam, tulis pemaju. Masa operasi menurun kepada 80% dalam dua bulan lepas apabila penggunaan kuasa meningkat disebabkan oleh kemas kini perisian. Setiap malam tapak itu turun selama beberapa jam.
Mengikut statistik, untuk tahun (dari 3 Disember 2018 hingga 24 November 2019), penggunaan elektrik pelayan ialah 9,53 kWj. Kerugian yang ketara dalam sistem fotovoltan akibat penukaran voltan dan nyahcas bateri telah direkodkan. Pengawal solar menunjukkan penggunaan tahunan sebanyak 18,10 kWj, yang bermaksud kecekapan sistem adalah kira-kira 50%.
Gambar rajah yang dipermudahkan. Ia tidak menunjukkan penukar voltan dari 12 hingga 5 volt dan meter ampere-jam bateri
Sepanjang tempoh kajian, 865 pelawat unik melawat tapak tersebut. Termasuk semua kehilangan tenaga dalam pemasangan solar, penggunaan tenaga bagi setiap pelawat unik ialah 000 Wh. Oleh itu, satu kilowatt-jam tenaga suria yang dijana cukup untuk melayani hampir 0,021 pelawat unik.
Semasa eksperimen, panel solar dengan saiz yang berbeza telah diuji. Jadual menunjukkan pengiraan berapa lama masa yang diperlukan untuk mengecas bateri dengan kapasiti yang berbeza apabila menggunakan panel solar dengan saiz yang berbeza.
Purata penggunaan kuasa pelayan web pada tahun pertama, termasuk semua kehilangan tenaga, ialah 1,97 Watt. Pengiraan menunjukkan bahawa menjalankan tapak web semalaman pada malam terpendek tahun ini (8 jam 50 minit, 21 Jun) memerlukan 17,40 watt-jam kuasa storan dan pada malam terpanjang (14 jam 49 minit, 21 Disember) anda memerlukan 29,19 .XNUMX Wh.
Memandangkan bateri asid plumbum tidak sepatutnya menyahcas di bawah separuh kapasiti, pelayan memerlukan bateri 60 Wj untuk bertahan pada malam paling lama dengan cahaya siang yang optimum (2x29,19 Wh). Untuk sebahagian besar tahun ini, sistem ini berfungsi dengan bateri 86,4 Wh dan panel solar 50 watt, dan kemudian masa operasi 95-98% yang disebutkan di atas telah dicapai.
Masa operasi 100%
Untuk masa operasi 100%, adalah perlu untuk meningkatkan kapasiti bateri. Untuk mengimbangi satu hari cuaca yang sangat buruk (tanpa penjanaan kuasa yang ketara), 47,28 watt-jam (24 jam Γ 1,97 watt) storan diperlukan.
Dari 1 Disember 2019 hingga 12 Januari 2020, bateri 168 watt telah dipasang dalam sistem, yang mempunyai kapasiti penyimpanan praktikal 84 watt-jam. Ini adalah storan yang mencukupi untuk memastikan tapak berjalan selama dua malam dan satu hari. Konfigurasi telah diuji semasa tempoh paling gelap tahun ini, tetapi cuaca agak baik - dan sepanjang tempoh yang ditentukan masa beroperasi adalah 100%.
Tetapi untuk menjamin 100% masa beroperasi selama beberapa tahun, anda perlu menyediakan senario terburuk, apabila cuaca buruk berterusan selama beberapa hari. Pengiraan menunjukkan bahawa untuk memastikan tapak web dalam talian selama empat hari dengan penjanaan tenaga yang rendah atau tiada, anda memerlukan bateri asid plumbum dengan kapasiti 440 watt-jam, iaitu saiz bateri kereta.
Dalam amalan, dalam keadaan cuaca yang baik, bateri asid plumbum 48 Wh akan memastikan pelayan berjalan semalaman dari Mac hingga September. Bateri 24 Wh akan bertahan pada pelayan selama maksimum 6 jam, bermakna ia akan ditutup setiap malam, walaupun pada masa yang berbeza bergantung pada bulan.
Pada umumnya, sesetengah tapak tidak perlu bekerja pada waktu malam, apabila bilangan pelawat adalah minimum, kata lelaki dari Majalah Teknologi Rendah. Contohnya, jika ini adalah penerbitan bandar serantau, di mana pelawat dari zon waktu lain tidak datang, tetapi hanya penduduk tempatan.
Iaitu, untuk tapak dengan trafik yang berbeza dan masa operasi yang berbeza, bateri dengan kapasiti yang berbeza dan panel solar dengan saiz yang berbeza diperlukan.
Penulis menyediakan pengiraan berapa banyak tenaga yang diperlukan untuk pengeluaran panel solar itu sendiri (tenaga yang terkandung) dan berapa banyak yang ternyata jika anda membahagikan jumlah ini dengan jangka hayat perkhidmatan selama 10 tahun.
Dengan cara ini, adalah mungkin untuk mengira setara dengan bahan api fosil yang digunakan dalam pengeluaran dan pengendalian panel. Majalah berteknologi rendah mendapati bahawa pada tahun pertama operasi, sistem mereka (panel 50 W, bateri 86,4 Wh) "menjana" kira-kira 9 kg pelepasan, atau bersamaan dengan pembakaran 3 liter petrol: kira-kira sama dengan 50- perjalanan km kereta penumpang berusia setahun.
Jika pelayan dikuasakan bukan daripada panel solar, tetapi daripada grid kuasa am, maka pelepasan setara nampaknya enam kali lebih rendah: 1,54 kg (sektor tenaga Sepanyol mempunyai bahagian yang tinggi dalam loji tenaga alternatif dan janakuasa nuklear). Tetapi ini bukan perbandingan yang betul, penulis menulis, kerana ia mengambil kira tenaga yang terkandung dalam infrastruktur solar, tetapi tidak mengambil kira penunjuk ini untuk rangkaian tenaga umum, iaitu, kos pembinaan dan sokongannya. .
Penambahbaikan selanjutnya
Sepanjang masa lalu, beberapa pengoptimuman telah dijalankan yang telah mengurangkan penggunaan kuasa pelayan. Sebagai contoh, pada satu ketika pembangun menyedari bahawa 6,63 TB daripada jumlah 11,15 TB trafik dijana oleh satu pelaksanaan suapan RSS yang salah yang menarik kandungan setiap beberapa minit. Selepas membetulkan pepijat ini, penggunaan kuasa pelayan (tidak termasuk kehilangan tenaga) menurun daripada 1,14 W kepada kira-kira 0,95 W. Keuntungan mungkin kelihatan kecil, tetapi perbezaan 0,19 W bermakna 4,56 watt-jam sehari, yang sepadan dengan lebih daripada 2,5 jam hayat bateri untuk pelayan.
Pada tahun pertama, kecekapan hanya 50%. Kerugian diperhatikan semasa mengecas dan menyahcas bateri (22%), serta apabila menukar voltan daripada 12 V (sistem PV solar) kepada 5 V (USB), di mana kerugian adalah sehingga 28%. Pemaju mengakui bahawa dia mempunyai penukar voltan suboptimum (pengawal tanpa USB terbina dalam), jadi anda boleh mengoptimumkan titik ini atau beralih kepada pemasangan solar 5V.
Untuk meningkatkan kecekapan penyimpanan tenaga, bateri asid plumbum boleh digantikan dengan bateri litium-ion yang lebih mahal, yang mempunyai kehilangan pengecasan/nyahcas yang lebih rendah (<10%). Sekarang pereka bentuk sedang mempertimbangkan kompak (CAES), yang mempunyai jangka hayat selama beberapa dekad, yang bermaksud jejak karbon yang lebih kecil pada pengeluarannya.
Pengumpul tenaga udara termampat padat,
Pemasangan turbin angin tambahan sedang dipertimbangkan (boleh ) dan memasang penjejak suria untuk memusingkan panel ke arah matahari. Penjejak membolehkan anda meningkatkan pengeluaran elektrik sebanyak 30%.
Satu lagi cara untuk meningkatkan kecekapan sistem ialah dengan menskalakannya. Tingkatkan lebih banyak tapak web pada pelayan dan lancarkan lebih banyak pelayan. Kemudian penggunaan tenaga setiap tapak akan berkurangan.
Syarikat pengehosan solar. Ilustrasi: Diego Marmolejo
Jika anda menutup seluruh balkoni pangsapuri anda dengan panel solar dan membuka syarikat pengehosan web suria, kos setiap pelanggan akan jauh lebih rendah berbanding tapak web tunggal: skala ekonomi.
Secara keseluruhannya, eksperimen ini menunjukkan bahawa, memandangkan batasan tertentu, infrastruktur komputer boleh digunakan sepenuhnya pada sumber tenaga boleh diperbaharui.
Secara teorinya, pelayan sebegitu juga boleh melakukannya tanpa bateri jika dicerminkan di bahagian lain dunia. Contohnya, pasang cermin di New Zealand dan Chile. Di sana panel solar akan berfungsi apabila malam di Barcelona.
Sumber: www.habr.com