Primul prototip al unui server solar cu un regulator de încărcare. Fotografie:
În septembrie 2018, un entuziast de la Low-tech Magazine . Scopul a fost reducerea consumului de energie atât de mult încât un singur panou solar ar fi suficient pentru un server auto-găzduit de acasă. Acest lucru nu este ușor, deoarece site-ul trebuie să funcționeze 24 de ore pe zi. Să vedem ce s-a întâmplat până la urmă.
Puteți merge la server , verificați consumul curent de energie și nivelul de încărcare a bateriei. Site-ul este optimizat pentru un număr minim de solicitări de pe pagină și trafic minim, așa că ar trebui să reziste la o creștere a traficului de la Habr. Conform calculelor dezvoltatorului, consumul de energie per vizitator unic este de 0,021 Wh.
Chiar înainte de zorii zilei de 31 ianuarie 2020, avea 42% baterie rămasă. Zori în Barcelona la ora locală 8:04, după care ar trebui să curgă curent de la panoul solar.
De ce?
Experți în urmă cu zece ani că dezvoltarea internetului contribuie la „dematerializarea” societății, la digitalizarea universală - și, ca urmare, la reducerea consumului total de energie. Ei nu au avut dreptate. De fapt, Internetul însuși a cerut , iar aceste volume continuă să crească.
Companiile IT au lansat inițiative pentru a trece la surse alternative de energie, dar acest lucru este acum imposibil. Toate centrele de date consumă de trei ori mai multă energie decât o generează toate instalațiile solare și eoliene din lume. Și mai rău, producția și înlocuirea regulată a panourilor solare și a turbinelor eoliene , prin urmare, este pur și simplu imposibil astăzi să renunți la combustibilii fosili (petrol, gaz, uraniu). Dar aceste rezerve nu vor dura mult, așa că inevitabil va trebui să ne gândim cum să trăim din surse regenerabile. Inclusiv operarea infrastructurii de calculatoare, inclusiv a serverelor web.
Revista low-tech Paginile web se umflă prea repede. Dimensiunea medie a paginii a crescut din 2010 până în 2018 , iar pentru site-urile mobile - de la 0,15 MB la 1,6 MB, o estimare conservatoare.
Creșterea volumului de trafic (energia necesară transmiterii a 1 megaoctet de informație), ceea ce determină o creștere constantă a consumului de energie pe Internet. Site-urile mai grele și mai încărcate nu numai că măresc sarcina asupra infrastructurii de rețea, ci și scurtează „ciclul de viață” al computerelor și smartphone-urilor, care trebuie aruncate mai des și produse noi, care, de asemenea, .
Și, desigur, volumul de muncă crescut este creat de stilul de viață în sine: oamenii își petrec aproape tot timpul pe Internet și se bazează foarte mult pe diverse servicii web. Este deja dificil să ne imaginăm societatea modernă fără infrastructură cloud IT (rețele sociale, mesagerie instant, poștă etc.)
Configurare server și site web
В Configurația hardware și stiva software a serverului web sunt descrise în detaliu.
Computer cu o singură placă ales pentru un consum redus de energie și caracteristici suplimentare utile, cum ar fi cipul de gestionare a energiei . Vă permite să solicitați statistici privind tensiunea și curentul curent de la placă și baterie. Microcircuitul comută automat puterea între baterie și conectorul DC, unde curge curentul de la panoul solar. Astfel, este posibilă alimentarea neîntreruptă a serverului cu suport pentru baterie.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Inițial s-a ales ca baterie o baterie litiu-polimer cu o capacitate de 6600 mAh (aproximativ 24 Wh), apoi a fost instalată o baterie plumb-acid cu o capacitate de 84,4 Wh.
Sistemul de operare pornește de pe cardul SD. Deși sistemul de operare nu ocupă mai mult de 1 GB și site-ul web static are aproximativ 30 MB, nu a existat niciun sens economic în cumpărarea unui card mai mic decât un Class 10 16 GB.
Serverul se conectează la Internet printr-o conexiune de acasă de 100 Mbps în Barcelona și un router standard pentru consumatori. O adresă IP statică îi este rezervată. Aproape oricine poate configura un astfel de site în apartamentul său; trebuie să modificați ușor setările paravanului de protecție pentru a redirecționa porturile către IP local:
Portul 80 la 80 pentru HTTP Portul 443 la 443 pentru HTTPS Portul 22 la 22 pentru SSH
Sistem de operare bazat pe distribuția și nucleul Debian , care este conceput pentru plăci simple cu cipuri AllWinner.
Un panou solar de 50 de wați pentru un server web și un panou solar de 10 wați pentru iluminarea sufrageriei din apartamentul autorului
Site static generat de sistem (generator de site în Python). Site-urile statice se încarcă mai repede și consumă mai puțin CPU, astfel încât sunt mult mai eficiente din punct de vedere energetic decât paginile generate dinamic. Vedeți codul sursă pentru temă. .
Un punct foarte important este compresia imaginii, deoarece fără această optimizare este aproape imposibil să faci pagini web mai mici de 1 megaoctet. Pentru optimizare, s-a decis convertirea fotografiilor în imagini semiton. De exemplu, iată o fotografie a femeilor operatore de telefonie pe o centrală în ultimul secol, .
Și iată o imagine optimizată în tonuri de gri a dimensiunii cu trei culori (negru, alb, gri). Datorită iluziei optice, privitorului i se pare că există mai mult de trei culori.
Fotografiile semiton au fost alese nu doar pentru optimizarea dimensiunii (o decizie destul de dubioasă), ci și din motive estetice. Această tehnică veche de procesare a imaginii are anumite caracteristici stilistice, astfel încât site-ul are un design oarecum unic.
După optimizare, 623 de ilustrații de pe site-ul Low-tech Magazine au scăzut în dimensiune de la 194,2 MB la 21,3 MB, adică cu 89%.
Toate articolele vechi au fost convertite în Markdown pentru ușurința scrierii de articole noi, precum și pentru ușurința copierii de rezervă prin intermediul . Toate scripturile și trackerele, precum și siglele, au fost eliminate de pe site. Este folosit fontul implicit din browserul clientului. Ca „logo” - numele revistei cu majuscule cu o săgeată la stânga: LOW←TECH MAGAZINE. Doar 16 octeți în loc de o imagine.
În caz de nefuncționare, a fost organizată posibilitatea „lecturii offline”: textele și imaginile sunt exportate într-un flux RSS. Memorarea în cache a conținutului 100% este activată, inclusiv HTML.
O altă optimizare este activarea setărilor HTTP2 în nginx, care reduce ușor traficul și reduce timpul de încărcare a paginii în comparație cu HTTP/1.1. Tabelul compară rezultatele pentru cinci pagini diferite.
| | FP | NOI | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|--------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46s | 1.87s | 1.54s | 1.86s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30s | 1.49s | 1.54s | 1.79 s | 1.55s | | Imagini | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | economii | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Configurație completă 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;
}Rezultatele a 15 luni de munca
Pentru perioada 12 decembrie 2018 - 28 noiembrie 2019, serverul a arătat . Aceasta înseamnă că, din cauza vremii nefavorabile, timpul de oprire pentru anul a fost de 399 de ore.
Dar dacă nu iei în calcul ultimele două luni, timpul de funcționare a fost de 98,2%, iar timpul de nefuncționare a fost de doar 152 de ore, scriu dezvoltatorii. Timpul de funcționare a scăzut la 80% în ultimele două luni, când consumul de energie a crescut din cauza unei actualizări de software. În fiecare noapte, site-ul a căzut câteva ore.
Conform statisticilor, pentru anul (din 3 decembrie 2018 până în 24 noiembrie 2019), consumul de energie electrică al serverului a fost de 9,53 kWh. S-au înregistrat pierderi semnificative în sistemul fotovoltaic din cauza conversiei tensiunii și a descărcării bateriei. Regulatorul solar a arătat un consum anual de 18,10 kWh, ceea ce înseamnă că eficiența sistemului este de aproximativ 50%.
Diagrama simplificată. Nu afișează un convertor de tensiune de la 12 la 5 volți și un contor amper-oră pentru baterie
În perioada de studiu, 865 de vizitatori unici au vizitat site-ul. Inclusiv toate pierderile de energie din instalația solară, consumul de energie per vizitator unic a fost de 000 Wh. Astfel, un kilowatt-oră de energie solară generată este suficient pentru a deservi aproape 0,021 de vizitatori unici.
În timpul experimentului, au fost testate panouri solare de diferite dimensiuni. Tabelul arată calculele pentru cât timp va dura încărcarea bateriilor de diferite capacități atunci când se folosesc panouri solare de diferite dimensiuni.
Consumul mediu de energie al serverului web în primul an, inclusiv toate pierderile de energie, a fost de 1,97 wați. Calculul arată că rularea unui site web peste noapte în cea mai scurtă noapte a anului (8 ore și 50 de minute, 21 iunie) necesită 17,40 wați-oră de putere de stocare, iar în cea mai lungă noapte (14 ore și 49 de minute, 21 decembrie) aveți nevoie de 29,19 .XNUMX Wh.
Deoarece bateriile plumb-acid nu ar trebui să se descarce sub jumătate din capacitate, serverul necesită o baterie de 60 Wh pentru a supraviețui celei mai lungi nopți cu lumină optimă de zi (2x29,19 Wh). În cea mai mare parte a anului, sistemul a funcționat cu o baterie de 86,4 Wh și un panou solar de 50 de wați, iar apoi a fost atins timpul de funcționare de 95-98% menționat anterior.
Timp de funcționare 100%
Pentru o funcționare de 100%, este necesar să creșteți capacitatea bateriei. Pentru a compensa o zi de vreme foarte rea (fără generare semnificativă de energie), sunt necesare 47,28 wați-oră (24 ore × 1,97 wați) de stocare.
În perioada 1 decembrie 2019 până în 12 ianuarie 2020, în sistem a fost instalată o baterie de 168 de wați, care are o capacitate practică de stocare de 84 de wați-oră. Acesta este suficient spațiu de stocare pentru a menține site-ul în funcțiune timp de două nopți și o zi. Configurația a fost testată în cea mai întunecată perioadă a anului, dar vremea a fost relativ bună - iar în perioada specificată timpul de funcționare a fost de 100%.
Dar pentru a garanta 100% funcționalitate timp de câțiva ani, va trebui să asigurați cel mai rău caz, când vremea rea persistă câteva zile. Calculul arată că pentru a menține un site online timp de patru zile cu o generare scăzută sau fără energie, ai avea nevoie de o baterie plumb-acid cu o capacitate de 440 de wați-oră, care este de dimensiunea bateriei unei mașini.
În practică, în condiții meteorologice bune, o baterie plumb-acid de 48 Wh va menține serverul să funcționeze peste noapte din martie până în septembrie. O baterie de 24 Wh va dura serverul maxim 6 ore, adică se va opri în fiecare noapte, deși la ore diferite în funcție de lună.
În general, unele site-uri nu au nevoie să funcționeze noaptea, când numărul de vizitatori este minim, spun băieții de la Low-tech Magazine. De exemplu, dacă aceasta este o publicație regională de oraș, unde nu vin vizitatori din alte fusuri orare, ci doar rezidenți locali.
Adică, pentru site-urile cu trafic diferit și timp de funcționare diferit, sunt necesare baterii de diferite capacități și panouri solare de diferite dimensiuni.
Autorul oferă un calcul pentru câtă energie este necesară producere panourile solare în sine (energie încorporată) și cât de mult rezultă dacă împărțiți această sumă la durata de viață estimată de 10 ani.
În acest fel, este posibil să se calculeze echivalentul combustibililor fosili care sunt consumați în producția și funcționarea panourilor. Revista Low-Tech a constatat că, în primul an de funcționare, sistemul lor (panou de 50 W, baterie de 86,4 Wh) „a generat” aproximativ 9 kg de emisii, sau echivalentul arderii a 3 litri de benzină: aproximativ la fel ca un 50- autoturism vechi de ani km călătorii.
Dacă serverul este alimentat nu de la panouri solare, ci de la rețeaua electrică generală, atunci emisiile echivalente par să fie de șase ori mai mici: 1,54 kg (sectorul energetic spaniol are o pondere mare de energie alternativă și centrale nucleare). Dar aceasta nu este o comparație complet corectă, scrie autorul, deoarece ia în considerare energia încorporată a infrastructurii solare, dar nu ia în considerare acest indicator pentru rețeaua generală de energie, adică costurile construcției și suportului acesteia. .
Îmbunătățiri suplimentare
De-a lungul timpului, au fost efectuate o serie de optimizări care au redus consumul de energie al serverului. De exemplu, la un moment dat, dezvoltatorul a observat că 6,63 TB din totalul de 11,15 TB de trafic a fost generat de o implementare incorectă a fluxului RSS care a extras conținut la fiecare câteva minute. După remedierea acestei erori, consumul de energie al serverului (excluzând pierderile de energie) a scăzut de la 1,14 W la aproximativ 0,95 W. Câștigul poate părea mic, dar o diferență de 0,19 W înseamnă 4,56 wați-oră pe zi, ceea ce corespunde la mai mult de 2,5 ore de viață a bateriei pentru server.
În primul an, eficiența a fost de doar 50%. S-au observat pierderi la încărcarea și descărcarea bateriei (22%), precum și la conversia tensiunii de la 12 V (sistem fotovoltaic solar) la 5 V (USB), unde pierderile au fost de până la 28%. Dezvoltatorul recunoaște că are un convertor de tensiune suboptim (controller fără USB încorporat), așa că poți optimiza acest punct sau poți trece la o instalație solară de 5V.
Pentru a îmbunătăți eficiența stocării energiei, bateriile plumb-acid pot fi înlocuite cu baterii litiu-ion mai scumpe, care au pierderi mai mici de încărcare/descărcare (<10%). Acum designerul are în vedere un compact (CAES), care are o durată de viață de zeci de ani, ceea ce înseamnă o amprentă de carbon mai mică asupra producției sale.
Acumulator compact de energie cu aer comprimat,
Se are în vedere instalarea unei turbine eoliene suplimentare (poate fi ) și instalarea unui tracker solar pentru a roti panourile spre soare. Tracker-ul vă permite să creșteți producția de energie electrică cu 30%.
O altă modalitate de a crește eficiența sistemului este scalarea acestuia. Creșteți mai multe site-uri web pe server și lansați mai multe servere. Apoi, consumul de energie pe amplasament va scădea.
Firma de gazduire solara. Ilustrație: Diego Marmolejo
Dacă acoperiți întregul balcon al apartamentului cu panouri solare și deschideți o companie de găzduire web solară, costul per client va fi semnificativ mai mic decât pentru un singur site web: economii de scară.
În general, acest experiment demonstrează că, având în vedere anumite limitări, este pe deplin posibil ca infrastructura computerelor să funcționeze pe surse de energie regenerabilă.
Teoretic, un astfel de server ar putea chiar să se descurce fără baterie dacă este reflectat în alte părți ale lumii. De exemplu, instalați oglinzi în Noua Zeelandă și Chile. Acolo vor funcționa panourile solare când este noapte în Barcelona.
Sursa: www.habr.com