Prvý prototyp solárneho servera s regulátorom nabíjania. foto:
V septembri 2018 nadšenec z Low-tech Magazine . Cieľom bolo znížiť spotrebu energie natoľko, že jeden solárny panel by stačil na domáci server s vlastným hosťovaním. Nie je to jednoduché, pretože stránka musí fungovať 24 hodín denne. Pozrime sa, čo sa nakoniec stalo.
Môžete ísť na server , skontrolujte aktuálnu spotrebu energie a úroveň nabitia batérie. Stránka je optimalizovaná na minimálny počet požiadaviek zo stránky a minimálnu návštevnosť, takže by mala vydržať nápor návštevnosti od Habra. Spotreba energie na jedinečného návštevníka je podľa prepočtov developera 0,021 Wh.
Tesne pred úsvitom 31. januára 2020 mu zostávalo 42 % batérie. Svitanie v Barcelone o 8:04 miestneho času, po ktorom by mal prúdiť prúd zo solárneho panelu.
Prečo?
Pred desiatimi rokmi odborníci že rozvoj internetu prispieva k „dematerializácii“ spoločnosti, univerzálnej digitalizácii – a v dôsledku toho k zníženiu celkovej spotreby energie. Mýlili sa. V skutočnosti si to vyžiadal samotný internet a tieto objemy naďalej rastú.
IT spoločnosti spustili iniciatívy na prechod na alternatívne zdroje energie, ale to je teraz nemožné. Všetky dátové centrá spotrebujú trikrát viac energie, ako vyprodukujú všetky solárne a veterné zariadenia na svete. Ešte horšie je na tom výroba a pravidelná výmena solárnych panelov a veterných turbín , preto je dnes jednoducho nemožné opustiť fosílne palivá (ropa, plyn, urán). Tieto zásoby ale dlho nevydržia, a tak sa nevyhnutne budeme musieť zamyslieť nad tým, ako žiť z obnoviteľných zdrojov. Vrátane prevádzky počítačovej infraštruktúry vrátane webových serverov.
Low-tech magazín Webové stránky sa nafukujú príliš rýchlo. Priemerná veľkosť stránky sa od roku 2010 do roku 2018 zvýšila a pre mobilné stránky - od 0,15 MB do 1,6 MB, konzervatívny odhad.
Zvýšenie objemu dopravy (energia potrebná na prenos 1 megabajtu informácií), čo spôsobuje neustály nárast spotreby energie internetu. Ťažšie a viac zaťažené stránky nielenže zvyšujú záťaž sieťovej infraštruktúry, ale aj skracujú „životný cyklus“ počítačov a smartfónov, ktoré sa musia častejšie vyhadzovať a vyrábať nové, ktoré tiež .
A samozrejme, zvýšené pracovné zaťaženie je spôsobené samotným životným štýlom: ľudia trávia takmer všetok svoj čas na internete a vo veľkej miere sa spoliehajú na rôzne webové služby. Už je ťažké si predstaviť modernú spoločnosť bez cloudovej IT infraštruktúry (sociálne siete, instant messenger, pošta atď.)
Konfigurácia servera a webu
В Podrobne je popísaná hardvérová konfigurácia a softvérový balík webového servera.
Jednodoskový počítač vybrané pre nízku spotrebu energie a užitočné doplnkové funkcie, ako je čip na správu napájania . Umožňuje vyžiadať si štatistiky o aktuálnom napätí a prúde z dosky a batérie. Mikroobvod automaticky prepína napájanie medzi batériou a DC konektorom, kde prúdi prúd zo solárneho panelu. Takto je možné neprerušované napájanie servera s podporou batérie.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Spočiatku bola ako batéria zvolená lítium-polymérová batéria s kapacitou 6600 mAh (asi 24 Wh), potom bola inštalovaná olovená batéria s kapacitou 84,4 Wh.
Operačný systém sa zavedie z SD karty. Hoci OS nezaberá viac ako 1 GB a statická stránka má okolo 30 MB, nemalo ekonomický zmysel kupovať si kartu menšiu ako Class 10 16 GB.
Server sa pripája k internetu cez 100Mbps domáce pripojenie v Barcelone a štandardný spotrebiteľský router. Je preň vyhradená statická IP adresa. Takúto stránku si môže vo svojom byte zriadiť takmer každý, je potrebné mierne zmeniť nastavenia brány firewall, aby sa porty presmerovali na lokálnu IP:
Port 80 až 80 pre HTTP Port 443 až 443 pre HTTPS Port 22 až 22 pre SSH
Operačný systém založené na distribúcii Debianu a jadre , ktorý je určený pre jednotlivé dosky s čipmi AllWinner.
50-wattový solárny panel pre webový server a 10-wattový solárny panel na osvetlenie obývačky v byte autora
Statická stránka vygenerovaná systémom (generátor stránok v Pythone). Statické stránky sa načítavajú rýchlejšie a sú menej náročné na CPU, takže sú energeticky oveľa efektívnejšie ako dynamicky generované stránky. Pozrite si zdrojový kód témy. .
Veľmi dôležitým bodom je kompresia obrázkov, pretože bez tejto optimalizácie je takmer nemožné vytvoriť webové stránky menšie ako 1 megabajt. Kvôli optimalizácii bolo rozhodnuté previesť fotografie na poltónové obrázky. Tu je napríklad fotografia telefónnych operátoriek na ústredni v minulom storočí, .
A tu je optimalizovaný obrázok v odtieňoch šedej veľkosti s tromi farbami (čierna, biela, šedá). Vďaka optickému klamu sa divákovi zdá, že existuje viac ako tri farby.
Poltónové fotografie boli vybrané nielen kvôli optimalizácii veľkosti (dosť pochybné rozhodnutie), ale aj z estetických dôvodov. Táto stará technika spracovania obrázkov má určité štylistické črty, takže stránka má trochu jedinečný dizajn.
Po optimalizácii sa veľkosť 623 ilustrácií na webe Low-tech Magazine zmenšila zo 194,2 MB na 21,3 MB, teda o 89 %.
Všetky staré články boli prevedené na Markdown, aby sa uľahčilo písanie nových článkov, ako aj uľahčenie zálohovania . Všetky skripty a sledovače, ako aj logá, boli zo stránky odstránené. Použije sa predvolené písmo v prehliadači klienta. Ako „logo“ - názov časopisu veľkými písmenami so šípkou vľavo: LOW←TECH MAGAZINE. Len 16 bajtov namiesto obrázka.
V prípade výpadku bola zorganizovaná možnosť „offline čítania“: texty a obrázky sa exportujú do RSS kanála. Je povolené ukladanie 100 % obsahu do vyrovnávacej pamäte vrátane HTML.
Ďalšou optimalizáciou je povolenie nastavení HTTP2 v nginx, čo mierne znižuje návštevnosť a skracuje čas načítania stránky v porovnaní s HTTP/1.1. Tabuľka porovnáva výsledky pre päť rôznych strán.
| | FP | MY | HS | FW | CW | |----------|-------|-------|-------|------|------ -| | HTTP/1.1 | 1.46 s | 1.87 s | 1.54 s | 1.86 s | 1.89 s | | HTTP2 | 1.30:1.49 | 1.54 s | 1.79 s | 1.55 s | 9 s | | Obrázky | 21 | 11 | 19 | 23 | 11 | | úspory | 21 % | 0 % | 4 % | 18 % | XNUMX % |
Úplná konfigurácia 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;
}Výsledky 15-mesačnej práce
Za obdobie od 12. decembra 2018 do 28. novembra 2019 server zobrazoval . To znamená, že v dôsledku nepriaznivého počasia bola odstávka za rok 399 hodín.
Ak však neberiete do úvahy posledné dva mesiace, doba prevádzky bola 98,2 % a prestoj iba 152 hodín, píšu vývojári. Prevádzková doba klesla na 80 % za posledné dva mesiace, keď sa spotreba energie zvýšila v dôsledku aktualizácie softvéru. Každú noc stránka na niekoľko hodín vypadla.
Podľa štatistík za rok (od 3. decembra 2018 do 24. novembra 2019) bola spotreba elektriny servera 9,53 kWh. Boli zaznamenané značné straty vo fotovoltaickom systéme v dôsledku premeny napätia a vybitia batérie. Solárny regulátor ukázal ročnú spotrebu 18,10 kWh, čo znamená, že účinnosť systému je asi 50 %.
Zjednodušená schéma. Nezobrazuje menič napätia z 12 na 5 voltov a merač ampérhodiny batérie
Počas sledovaného obdobia stránku navštívilo 865 000 unikátnych návštevníkov. Pri započítaní všetkých strát energie v solárnom zariadení bola spotreba energie na jedinečného návštevníka 0,021 Wh. Jedna kilowatthodina vyrobenej slnečnej energie teda stačí na obsluhu takmer 50 000 unikátnych návštevníkov.
Počas experimentu boli testované solárne panely rôznych veľkostí. V tabuľke sú uvedené výpočty, ako dlho bude trvať nabitie batérií rôznych kapacít pri použití solárnych panelov rôznych veľkostí.
Priemerná spotreba energie web servera počas prvého roka, vrátane všetkých strát energie, bola 1,97 Wattu. Výpočet ukazuje, že prevádzka webovej stránky cez noc v najkratšiu noc v roku (8 hodín 50 minút, 21. júna) vyžaduje 17,40 watthodín úložného priestoru a v najdlhšiu noc (14 hodín 49 minút, 21. decembra) potrebujete 29,19 XNUMX Wh.
Keďže olovené batérie by sa nemali vybíjať pod polovicu kapacity, server vyžaduje 60 Wh batériu, aby prežil najdlhšiu noc s optimálnym denným svetlom (2 x 29,19 Wh). Väčšinu roka systém fungoval s 86,4 Wh batériou a 50-wattovým solárnym panelom a vtedy sa dosahovalo spomínaných 95 – 98 % prevádzkyschopnosti.
100% dostupnosť
Pre 100% prevádzkyschopnosť je potrebné zvýšiť kapacitu batérie. Na kompenzáciu jedného dňa veľmi zlého počasia (bez výraznejšej výroby energie) je potrebných 47,28 watthodín (24 hodín × 1,97 wattov) úložiska.
Od 1. decembra 2019 do 12. januára 2020 bola v systéme nainštalovaná 168-wattová batéria, ktorá má praktickú kapacitu úložiska 84 watthodín. To je dostatočný úložný priestor na to, aby stránka fungovala dve noci a jeden deň. Konfigurácia bola testovaná počas najtemnejšieho obdobia v roku, ale počasie bolo relatívne dobré – a počas špecifikovaného obdobia bola dostupnosť 100 %.
Aby ste však zaručili 100% dostupnosť na niekoľko rokov, budete musieť počítať s najhorším možným scenárom, keď zlé počasie pretrváva niekoľko dní. Z výpočtu vyplýva, že na udržanie webovej stránky online štyri dni s nízkou alebo žiadnou výrobou energie by ste potrebovali olovenú batériu s kapacitou 440 watthodín, čo je veľkosť autobatérie.
V praxi, za dobrých poveternostných podmienok, 48 Wh olovená batéria udrží server v chode cez noc od marca do septembra. 24 Wh batéria vydrží serveru maximálne 6 hodín, čo znamená, že sa každú noc vypne, aj keď v rôznych časoch v závislosti od mesiaca.
Celkovo možno povedať, že niektoré stránky nemusia pracovať v noci, keď je počet návštevníkov minimálny, hovoria chalani z Low-tech Magazine. Napríklad, ak ide o publikáciu krajského mesta, kam neprichádzajú návštevníci z iných časových pásiem, ale len miestni obyvatelia.
To znamená, že pre stránky s rôznou návštevnosťou a rôznou dobou prevádzky sú potrebné batérie rôznych kapacít a solárne panely rôznych veľkostí.
Autor poskytuje výpočet, koľko energie je potrebné na to výroba samotné solárne panely (stelesnená energia) a koľko to vyjde, ak túto sumu vydelíte predpokladanou životnosťou 10 rokov.
Týmto spôsobom je možné vypočítať ekvivalent fosílnych palív, ktoré sa spotrebujú pri výrobe a prevádzke panelov. Low-tech Magazine zistil, že v prvom roku prevádzky ich systém (50 W panel, 86,4 Wh batéria) „vygeneroval“ približne 9 kg emisií alebo ekvivalent spálenia 3 litrov benzínu: približne rovnako ako 50- ročné osobné auto km najazdené.
Ak je server napájaný nie zo solárnych panelov, ale zo všeobecnej elektrickej siete, potom sa ekvivalentné emisie zdajú byť šesťkrát nižšie: 1,54 kg (španielsky energetický sektor má vysoký podiel alternatívnej energie a jadrových elektrární). Ale toto nie je úplne správne porovnanie, píše autor, pretože berie do úvahy zabudovanú energiu solárnej infraštruktúry, ale neberie do úvahy tento ukazovateľ pre všeobecnú energetickú sieť, teda náklady na jej výstavbu a podporu. .
Ďalšie vylepšenia
V poslednom čase sa vykonalo množstvo optimalizácií, ktoré znížili spotrebu energie servera. Napríklad v jednom bode si vývojár všimol, že 6,63 TB z celkových 11,15 TB návštevnosti bolo vygenerovaných jednou nesprávnou implementáciou informačného kanála RSS, ktorá sťahovala obsah každých pár minút. Po odstránení tejto chyby sa spotreba energie servera (bez energetických strát) znížila z 1,14 W na približne 0,95 W. Zisk sa môže zdať malý, ale rozdiel 0,19 W znamená 4,56 watthodín za deň, čo zodpovedá viac ako 2,5 hodinám výdrže batérie servera.
Počas prvého roka bola účinnosť iba 50 %. Straty boli pozorované pri nabíjaní a vybíjaní batérie (22 %), ako aj pri premene napätia z 12 V (solárny FV systém) na 5 V (USB), kde boli straty až 28 %. Vývojár priznáva, že má suboptimálny menič napätia (ovládač bez vstavaného USB), takže môžete tento bod optimalizovať alebo prejsť na 5V solárnu inštaláciu.
Na zlepšenie účinnosti skladovania energie je možné olovené batérie nahradiť drahšími lítium-iónovými batériami, ktoré majú nižšie straty pri nabíjaní/vybíjaní (<10 %). Teraz dizajnér uvažuje nad kompaktom (CAES), ktorý má životnosť desiatky rokov, čo znamená menšiu uhlíkovú stopu pri jeho výrobe.
Kompaktný akumulátor energie stlačeného vzduchu,
Uvažuje sa o inštalácii ďalšej veternej turbíny (môže byť ) a inštaláciu solárneho sledovača na otočenie panelov smerom k slnku. Sledovač umožňuje zvýšiť výrobu elektriny o 30%.
Ďalším spôsobom, ako zvýšiť efektivitu systému, je jeho škálovanie. Zvýšte počet webových stránok na serveri a spustite ďalšie servery. Potom sa spotreba energie na miesto zníži.
Solárna hostingová spoločnosť. Ilustrácia: Diego Marmolejo
Ak pokryjete celý balkón svojho bytu solárnymi panelmi a otvoríte si solárnu webhostingovú spoločnosť, náklady na zákazníka budú výrazne nižšie ako v prípade jednej webovej stránky: úspory z rozsahu.
Celkovo tento experiment ukazuje, že vzhľadom na určité obmedzenia je úplne možné, aby počítačová infraštruktúra fungovala na obnoviteľných zdrojoch energie.
Teoreticky by sa takýto server mohol zaobísť aj bez batérie, ak by sa zrkadlil v iných častiach sveta. Napríklad nainštalujte zrkadlá na Novom Zélande a v Čile. Solárne panely budú fungovať, keď je v Barcelone noc.
Zdroj: hab.com