Prvi prototip solarnega strežnika s krmilnikom polnjenja. fotografija:
Septembra 2018 je navdušenec iz revije Low-tech . Cilj je bil zmanjšati porabo energije toliko, da bi ena solarna plošča zadostovala za domači samostojni strežnik. To ni enostavno, saj mora stran delovati 24 ur na dan. Poglejmo, kaj se je zgodilo na koncu.
Lahko greš na strežnik , preverite trenutno porabo energije in raven napolnjenosti baterije. Spletno mesto je optimizirano za minimalno število zahtev s strani in minimalen promet, zato bi moralo vzdržati porast prometa s Habra. Po izračunih razvijalca je poraba energije na posameznega obiskovalca 0,021 Wh.
Tik pred zoro 31. januarja 2020 je imel še 42 % baterije. Zora v Barceloni ob 8 po lokalnem času, po kateri naj bi iz sončne celice stekel tok.
Zakaj?
Pred desetimi leti strokovnjaki da razvoj interneta prispeva k »dematerializaciji« družbe, vsesplošni digitalizaciji - in posledično zmanjšanju skupne porabe energije. Motili so se. Pravzaprav je internet sam zahteval in te količine še naprej rastejo.
IT podjetja so sprožila pobude za prehod na alternativne vire energije, vendar je to zdaj nemogoče. Vsi podatkovni centri porabijo trikrat več energije, kot jo proizvedejo vse sončne in vetrne instalacije na svetu. Še huje pa proizvodnja in redna menjava sončnih kolektorjev in vetrnih turbin , zato je danes preprosto nemogoče opustiti fosilna goriva (nafta, plin, uran). A teh zalog ne bo več dolgo, zato bomo neizogibno morali razmišljati, kako živeti od obnovljivih virov. Vključno z delovanjem računalniške infrastrukture, vključno s spletnimi strežniki.
Nizkotehnološka revija Spletne strani se prehitro napihnejo. Povprečna velikost strani se je od leta 2010 do leta 2018 povečala , za mobilna spletna mesta pa od 0,15 MB do 1,6 MB, konzervativna ocena.
Povečanje obsega prometa (energija, potrebna za prenos 1 megabajta informacij), kar povzroča nenehno naraščanje porabe internetne energije. Težja in bolj obremenjena spletna mesta ne le povečajo obremenitev omrežne infrastrukture, ampak tudi skrajšajo »življenjski cikel« računalnikov in pametnih telefonov, ki jih je treba pogosteje zavreči in izdelovati nove, kar tudi .
In seveda povečano obremenitev povzroča sam življenjski slog: ljudje skoraj ves svoj čas preživimo na internetu in se močno zanašamo na različne spletne storitve. Sodobno družbo si že težko predstavljamo brez oblačne IT infrastrukture (družbena omrežja, instant messengerji, pošta itd.)
Konfiguracija strežnika in spletne strani
В Podrobno sta opisana konfiguracija strojne opreme in sklad programske opreme spletnega strežnika.
Računalnik z eno ploščo izbran zaradi nizke porabe energije in uporabnih dodatnih funkcij, kot je čip za upravljanje porabe energije . Omogoča vam, da zahtevate statistiko trenutne napetosti in toka iz plošče in baterije. Mikrovezje samodejno preklaplja napajanje med baterijo in priključkom DC, kjer teče tok iz solarne plošče. Tako je omogočeno neprekinjeno napajanje strežnika z baterijsko podporo.
Olimex Olinuxino A20 apno 2
Sprva je bila kot baterija izbrana litij-polimerna baterija s kapaciteto 6600 mAh (približno 24 Wh), nato pa je bila nameščena svinčeno-kislinska baterija s kapaciteto 84,4 Wh.
Operacijski sistem se zažene s kartice SD. Čeprav operacijski sistem ne zavzame več kot 1 GB in je statična spletna stran približno 30 MB, ni bilo ekonomsko smiselno kupiti kartice, manjše od Class 10 16 GB.
Strežnik se na internet poveže prek domače povezave 100 Mb/s v Barceloni in standardnega potrošniškega usmerjevalnika. Zanj je rezerviran statični naslov IP. Skoraj vsakdo lahko nastavi takšno spletno mesto v svojem stanovanju; morate nekoliko spremeniti nastavitve požarnega zidu, da posredujete vrata na lokalni IP:
Vrata 80 do 80 za HTTP Vrata 443 do 443 za HTTPS Vrata 22 do 22 za SSH
Operacijski sistem temelji na distribuciji in jedru Debian , ki je zasnovan za enojne plošče s čipi AllWinner.
50-vatni solarni panel za spletni strežnik in 10-vatni solarni panel za osvetlitev dnevne sobe v avtorjevem stanovanju
Statično spletno mesto, ki ga ustvari sistem (generator spletnega mesta v Pythonu). Statična spletna mesta se nalagajo hitreje in so manj intenzivna za procesor, zato so veliko bolj energetsko učinkovita kot dinamično ustvarjene strani. Oglejte si izvorno kodo teme. .
Zelo pomembna točka je stiskanje slik, saj je brez te optimizacije skoraj nemogoče narediti spletne strani manjše od 1 megabajta. Za optimizacijo je bilo odločeno, da se fotografije pretvorijo v poltonske slike. Tukaj je na primer fotografija telefonistk na centrali v prejšnjem stoletju, .
In tukaj je optimizirana sivinska slika velikosti s tremi barvami (črna, bela, siva). Zaradi optične iluzije se gledalcu zdi, da obstaja več kot tri barve.
Poltonske fotografije niso bile izbrane le zaradi optimizacije velikosti (precej dvomljiva odločitev), temveč tudi zaradi estetskih razlogov. Ta stara tehnika obdelave slik ima določene slogovne značilnosti, zato ima spletno mesto nekoliko edinstven dizajn.
Po optimizaciji se je 623 ilustracij na spletni strani Low-tech Magazine zmanjšalo s 194,2 MB na 21,3 MB, to je za 89 %.
Vsi stari članki so bili pretvorjeni v Markdown zaradi lažjega pisanja novih člankov, pa tudi zaradi lažjega varnostnega kopiranja prek . Vsi skripti in sledilci ter logotipi so bili odstranjeni s strani. Uporabljena je privzeta pisava v odjemalčevem brskalniku. Kot “logotip” - ime revije z velikimi črkami s puščico v levo: LOW←TECH MAGAZINE. Samo 16 bajtov namesto slike.
V primeru izpadov je organizirana možnost »branja brez povezave«: besedila in slike se izvozijo v vir RSS. Omogočeno je predpomnjenje 100 % vsebine, vključno s HTML.
Druga optimizacija je omogočanje nastavitev HTTP2 v nginxu, kar nekoliko zmanjša promet in skrajša čas nalaganja strani v primerjavi s HTTP/1.1. Tabela primerja rezultate za pet različnih strani.
| | FP | MI | 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 | | Slike | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | prihranki | 11 % | 21 % | 0 % | 4 % | 18 % |
Popolna konfiguracija 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;
}Rezultati 15 mesecev dela
Za obdobje od 12. decembra 2018 do 28. novembra 2019 je strežnik prikazal . To pomeni, da je bil letni zastoj zaradi slabega vremena 399 ur.
Če pa ne upoštevamo zadnjih dveh mesecev, je bil čas delovanja 98,2%, izpad pa le 152 ur, pišejo razvijalci. Čas delovanja se je v zadnjih dveh mesecih zmanjšal na 80 %, ko se je poraba energije povečala zaradi posodobitve programske opreme. Vsako noč je stran za nekaj ur prenehala delovati.
Po statističnih podatkih je za leto (od 3. decembra 2018 do 24. novembra 2019) poraba električne energije strežnika znašala 9,53 kWh. Zabeležene so znatne izgube v fotonapetostnem sistemu zaradi pretvorbe napetosti in praznjenja baterije. Solarni regulator je pokazal letno porabo 18,10 kWh, kar pomeni, da je izkoristek sistema približno 50 %.
Poenostavljen diagram. Ne prikazuje pretvornika napetosti iz 12 v 5 voltov in merilnika amper ur baterije
V študijskem obdobju je stran obiskalo 865 edinstvenih obiskovalcev. Vključno z vsemi izgubami energije v solarni instalaciji je bila poraba energije na posameznega obiskovalca 000 Wh. Tako ena kilovatna ura proizvedene sončne energije zadostuje za oskrbo skoraj 0,021 edinstvenih obiskovalcev.
Med poskusom so testirali solarne panele različnih velikosti. V tabeli so prikazani izračuni, koliko časa bo trajalo polnjenje baterij različnih kapacitet pri uporabi solarnih panelov različnih velikosti.
Povprečna poraba energije spletnega strežnika v prvem letu, vključno z vsemi izgubami energije, je bila 1,97 W. Izračun pokaže, da delovanje spletnega mesta čez noč v najkrajši noči v letu (8 ur 50 minut, 21. junij) zahteva 17,40 vatnih ur pomnilniške energije, v najdaljši noči (14 ur 49 minut, 21. december) pa 29,19 .XNUMX Wh.
Ker se svinčeve baterije ne smejo izprazniti pod polovično zmogljivostjo, potrebuje strežnik 60 Wh baterijo, da preživi najdaljšo noč z optimalno dnevno svetlobo (2x29,19 Wh). Večino leta je sistem deloval z 86,4 Wh baterijo in 50-vatnim solarnim panelom, nato pa je bil dosežen že omenjeni 95-98% uptime.
Čas delovanja 100 %
Za 100% uptime je potrebno povečati kapaciteto baterije. Za kompenzacijo enega dneva zelo slabega vremena (brez pomembne proizvodnje električne energije) je potrebnih 47,28 vatnih ur (24 ur × 1,97 vatov) shranjevanja.
Od 1. decembra 2019 do 12. januarja 2020 je bila v sistemu nameščena 168-vatna baterija, ki ima praktično pomnilniško kapaciteto 84 vatnih ur. To je dovolj prostora za shranjevanje, da spletno mesto deluje dve noči in en dan. Konfiguracija je bila preizkušena v najtemnejšem obdobju leta, vendar je bilo vreme razmeroma dobro - in v navedenem obdobju je bil čas delovanja 100-odstoten.
Da pa bi zagotovili 100-odstotno delovanje več let, boste morali poskrbeti za najslabši možni scenarij, ko bo slabo vreme trajalo več dni. Izračun kaže, da bi za štiridnevno delovanje spletne strani z nizko ali nič proizvodnje energije potrebovali svinčeno-kislinsko baterijo s kapaciteto 440 vatnih ur, kar je velikost avtomobilske baterije.
V praksi bo v dobrih vremenskih razmerah 48 Wh svinčeno-kislinska baterija vzdrževala delovanje strežnika čez noč od marca do septembra. Baterija 24 Wh bo strežniku zdržala največ 6 ur, kar pomeni, da se bo izklopil vsako noč, čeprav ob različnih urah, odvisno od meseca.
Na splošno nekaterim spletnim mestom ni treba delovati ponoči, ko je število obiskovalcev minimalno, pravijo fantje iz Low-tech Magazine. Na primer, če je to regionalna mestna publikacija, kamor ne prihajajo obiskovalci iz drugih časovnih pasov, ampak samo lokalni prebivalci.
To pomeni, da so za mesta z različnim prometom in različnim časom delovanja potrebne baterije različnih zmogljivosti in sončni kolektorji različnih velikosti.
Avtor podaja izračun, koliko energije je potrebno za proizvodnja sami solarni paneli (utelešena energija) in koliko se izkaže, če to količino delite s pričakovano življenjsko dobo 10 let.
Na ta način je mogoče izračunati ekvivalent fosilnih goriv, ki se porabijo pri proizvodnji in delovanju panelov. Low-tech Magazine je ugotovil, da je njihov sistem v prvem letu delovanja (50 W plošča, 86,4 Wh baterija) "proizvedel" približno 9 kg emisij, kar je enakovredno kurjenju 3 litrov bencina: približno enako kot 50- letnik osebnega avtomobila prevoženih km.
Če se strežnik ne napaja iz sončnih kolektorjev, ampak iz splošnega električnega omrežja, se zdi, da so ekvivalentne emisije šestkrat nižje: 1,54 kg (španski energetski sektor ima velik delež alternativne energije in jedrskih elektrarn). A to ni povsem pravilna primerjava, piše avtor, saj upošteva vloženo energijo sončne infrastrukture, ne upošteva pa tega kazalnika za splošno energetsko omrežje, torej stroškov njegove izgradnje in vzdrževanja. .
Nadaljnje izboljšave
V zadnjem času so bile izvedene številne optimizacije, ki so zmanjšale porabo energije strežnika. Na primer, na eni točki je razvijalec opazil, da je 6,63 TB od skupno 11,15 TB prometa ustvarila ena nepravilna implementacija vira RSS, ki je vsakih nekaj minut potegnila vsebino. Po odpravi te napake se je poraba energije strežnika (brez izgub energije) zmanjšala z 1,14 W na približno 0,95 W. Dobiček se morda zdi majhen, vendar razlika 0,19 W pomeni 4,56 vatnih ur na dan, kar ustreza več kot 2,5 uram delovanja baterije za strežnik.
V prvem letu je bila učinkovitost le 50 %. Izgube so bile opažene pri polnjenju in praznjenju baterije (22 %) ter pri pretvorbi napetosti iz 12 V (sončni PV sistem) v 5 V (USB), kjer so bile izgube do 28 %. Razvijalec priznava, da ima neoptimalen pretvornik napetosti (krmilnik brez vgrajenega USB-ja), tako da lahko to točko optimizirate ali preklopite na 5V solarno instalacijo.
Za izboljšanje učinkovitosti shranjevanja energije je mogoče svinčeve baterije zamenjati z dražjimi litij-ionskimi baterijami, ki imajo nižje izgube pri polnjenju/praznjenju (<10 %). Zdaj oblikovalec razmišlja o kompaktnem (CAES), ki ima življenjsko dobo desetletij, kar pomeni manjši ogljični odtis na njegovo proizvodnjo.
Kompakten akumulator energije na stisnjen zrak,
Razmišlja se o postavitvi dodatne vetrne turbine (lahko ) in namestitev sončnega sledilnika za obračanje panelov proti soncu. Sledilnik vam omogoča povečanje proizvodnje električne energije za 30%.
Drug način za povečanje učinkovitosti sistema je njegovo povečanje. Dvignite več spletnih mest na strežniku in zaženite več strežnikov. Potem se bo poraba energije na lokacijo zmanjšala.
Podjetje za gostovanje solarne energije. Ilustracija: Diego Marmolejo
Če pokrijete celoten balkon svojega stanovanja s sončnimi kolektorji in odprete podjetje za spletno gostovanje na solarno energijo, bo strošek na stranko bistveno nižji kot za eno samo spletno mesto: ekonomija obsega.
Na splošno ta poskus dokazuje, da je glede na določene omejitve povsem mogoče, da računalniška infrastruktura deluje na obnovljivih virih energije.
Teoretično bi lahko tak strežnik deloval celo brez baterije, če bi ga zrcalili v drugih delih sveta. Na primer, namestite ogledala na Novi Zelandiji in v Čilu. Tam bodo sončne celice delovale, ko je v Barceloni noč.
Vir: www.habr.com