Први прототип соларног сервера са контролером пуњења. фото:
У септембру 2018. ентузијаста из Лов-тецх Магазина . Циљ је био да се потрошња енергије смањи толико да би један соларни панел био довољан за кућни сервер са сопственим хостом. То није лако, јер сајт мора да ради 24 сата дневно. Да видимо шта се десило на крају.
Можете ићи на сервер , проверите тренутну потрошњу енергије и ниво напуњености батерије. Сајт је оптимизован за минималан број захтева са странице и минималан саобраћај, тако да би требало да издржи пораст саобраћаја са Хабра. Према прорачунима програмера, потрошња енергије по јединственом посетиоцу је 0,021 Вх.
Непосредно пре зоре 31. јануара 2020. имао је 42% преостале батерије. Зора у Барселони у 8:04 по локалном времену, након чега би струја требало да потече са соларног панела.
Зашто?
Пре десет година стручњаци да развој интернета доприноси „дематеријализацији“ друштва, универзалној дигитализацији – и као резултат тога, смањењу укупне потрошње енергије. Погрешили су. У ствари, сам интернет је захтевао , а ове количине настављају да расту.
ИТ компаније су покренуле иницијативе за прелазак на алтернативне изворе енергије, али то је сада немогуће. Сви дата центри троше три пута више енергије него што генеришу све соларне и ветроелектране на свету. Још горе, производња и редовна замена соларних панела и ветротурбина , дакле, данас је једноставно немогуће напустити фосилна горива (нафта, гас, уранијум). Али ове резерве неће дуго трајати, па ћемо неминовно морати да размишљамо како да живимо од обновљивих извора. Укључујући рад рачунарске инфраструктуре, укључујући веб сервере.
Лов-тецх Магазине Веб странице се пребрзо надувају. Просечна величина странице је повећана од 2010. до 2018. године , а за мобилне сајтове - од 0,15 МБ до 1,6 МБ, конзервативна процена.
Повећање обима саобраћаја (енергија потребна за пренос 1 мегабајта информација), што узрокује константно повећање потрошње енергије на Интернету. Тежи и оптерећенији сајтови не само да повећавају оптерећење мрежне инфраструктуре, већ и скраћују „животни циклус“ рачунара и паметних телефона, који се морају чешће избацивати и производити нови, што такође .
И наравно, повећано оптерећење ствара сам начин живота: људи проводе скоро све време на Интернету и у великој мери се ослањају на разне веб сервисе. Већ је тешко замислити савремено друштво без информатичке инфраструктуре у облаку (друштвене мреже, инстант мессенгери, пошта, итд.)
Конфигурација сервера и веб странице
В Детаљно су описани хардверска конфигурација и софтверски стог веб сервера.
Једноструки рачунар изабран због ниске потрошње енергије и корисних додатних функција као што је чип за управљање напајањем . Омогућава вам да затражите статистику о тренутном напону и струји са плоче и батерије. Микроколо аутоматски пребацује напајање између батерије и ДЦ конектора, где струја тече из соларног панела. Тако је могуће непрекидно напајање сервера уз подршку батерије.
Олимек Олинукино А20 Лиме 2
Првобитно је као батерија изабрана литијум-полимерска батерија капацитета 6600 мАх (око 24 Вх), затим је уграђена оловно-киселинска батерија капацитета 84,4 Вх.
Оперативни систем се покреће са СД картице. Иако оперативни систем не заузима више од 1 ГБ, а статичка веб локација је око 30 МБ, није било економског смисла купити картицу мању од Цласс 10 16 ГБ.
Сервер се повезује на Интернет преко кућне везе од 100 Мбпс у Барселони и стандардног потрошачког рутера. За њега је резервисана статичка ИП адреса. Скоро свако може да постави такву локацију у свом стану; потребно је мало да промените подешавања заштитног зида да бисте проследили портове на локални ИП:
Порт 80 до 80 за ХТТП Порт 443 до 443 за ХТТПС Порт 22 до 22 за ССХ
Оперативни систем засновано на Дебиан дистрибуцији и кернелу , који је дизајниран за појединачне плоче са АллВиннер чиповима.
Соларни панел од 50 вати за веб сервер и соларни панел од 10 вати за осветљење дневне собе у ауторском стану
Статичка локација коју генерише систем (генератор сајтова у Питхон-у). Статички сајтови се брже учитавају и мање захтевају ЦПУ, тако да су енергетски ефикаснији од динамички генерисаних страница. Погледајте изворни код за тему. .
Веома важна тачка је компресија слике, јер је без ове оптимизације готово немогуће направити веб странице мање од 1 мегабајта. За оптимизацију је одлучено да се фотографије конвертују у полутонске слике. На пример, ево фотографије телефонских оператерки на централи у прошлом веку, .
А овде је оптимизована слика величине сивих тонова са три боје (црна, бела, сива). Због оптичке илузије, гледаоцу се чини да има више од три боје.
Полутонске фотографије изабране су не само због оптимизације величине (прилично сумњива одлука), већ и из естетских разлога. Ова стара техника обраде слика има одређене стилске карактеристике, тако да сајт има донекле јединствен дизајн.
Након оптимизације, 623 илустрације на сајту Лов-тецх Магазине смањене су са 194,2 МБ на 21,3 МБ, односно за 89%.
Сви стари чланци су конвертовани у Маркдовн ради лакшег писања нових чланака, као и ради лакшег прављења резервних копија путем . Све скрипте и трагачи, као и логотипи су уклоњени са сајта. Користи се подразумевани фонт у претраживачу клијента. Као „лого“ – назив часописа великим словима са стрелицом налево: ЛОВ←ТЕЦХ МАГАЗИНЕ. Само 16 бајтова уместо слике.
У случају застоја, организована је могућност „офлајн читања“: текстови и слике се извозе у РСС феед. Омогућено је кеширање 100% садржаја, укључујући ХТМЛ.
Још једна оптимизација је омогућавање ХТТП2 подешавања у нгинк-у, што мало смањује саобраћај и смањује време учитавања странице у поређењу са ХТТП/1.1. Табела упоређује резултате за пет различитих страница.
| | ФП | ВЕ | ХС | ФВ | ЦВ | |---------|-------|-------|-------|-------|----- -| | ХТТП/1.1 | 1.46с | 1.87с | 1.54с | 1.86с | 1.89с | | ХТТП2 | 1.30с | 1.49с | 1.54с | 1.79с | 1.55с | | Слике | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | штедња | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Потпуна нгинк конфигурација:
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 15 месеци рада
За период од 12. децембра 2018. до 28. новембра 2019. године, сервер је показао . То значи да је због лошег времена застој у години био 399 сати.
Али ако не узмете у обзир последња два месеца, време рада је било 98,2%, а време застоја је било само 152 сата, пишу програмери. Време непрекидног рада је пало на 80% у последња два месеца када се потрошња енергије повећала због ажурирања софтвера. Сваке ноћи сајт је пао неколико сати.
Према статистичким подацима, за годину (од 3. децембра 2018. до 24. новембра 2019.) потрошња електричне енергије сервера износила је 9,53 кВх. Забележени су значајни губици у фотонапонском систему услед конверзије напона и пражњења батерије. Соларни контролер је показао годишњу потрошњу од 18,10 кВх, што значи да је ефикасност система око 50%.
Поједностављени дијаграм. Не приказује претварач напона од 12 до 5 волти и мерач ампер-часова батерије
Током периода истраживања, 865 јединствених посетилаца посетило је сајт. Укључујући све губитке енергије у соларној инсталацији, потрошња енергије по јединственом посетиоцу износила је 000 Вх. Тако је један киловат-сат произведене соларне енергије довољан да опслужи скоро 0,021 јединствених посетилаца.
Током експеримента тестирани су соларни панели различитих величина. У табели су приказани прорачуни колико ће времена бити потребно за пуњење батерија различитог капацитета када се користе соларни панели различитих величина.
Просечна потрошња енергије веб сервера током прве године, укључујући све губитке енергије, била је 1,97 вати. Рачуница показује да је за рад веб сајта преко ноћи у најкраћој ноћи у години (8 сати и 50 минута, 21. јун) потребно 17,40 ват-часова складишне снаге, а у најдужој ноћи (14 сати и 49 минута, 21. децембар) потребно је 29,19 .XNUMX Вх.
Пошто оловне батерије не би требало да се испразне испод половине капацитета, серверу је потребна батерија од 60 Вх да би преживео најдужу ноћ уз оптимално дневно светло (2к29,19 Вх). Већи део године систем је радио са батеријом од 86,4 Вх и соларним панелом од 50 вати, а затим је постигнуто горе поменуто време рада од 95-98%.
Време рада 100%
За 100% продужење рада потребно је повећати капацитет батерије. Да би се компензовао један дан веома лошег времена (без значајне производње енергије), потребно је 47,28 ват-часова (24 сата × 1,97 вати) складиштења.
Од 1. децембра 2019. до 12. јануара 2020. године у систем је уграђена батерија од 168 вати, која има практични капацитет складиштења од 84 ват-часа. Ово је довољно простора за складиштење да веб локација ради две ноћи и један дан. Конфигурација је тестирана током најмрачнијег периода у години, али време је било релативно добро - и током наведеног периода време рада је било 100%.
Али да бисте гарантовали 100% продужење рада током неколико година, мораћете да обезбедите најгори сценарио, када лоше време траје неколико дана. Прорачун показује да би вам била потребна оловно-киселинска батерија капацитета 440 ват-часова, што је величина акумулатора у аутомобилу, да бисте држали веб страницу на мрежи четири дана са малом или никаквом производњом енергије.
У пракси, у добрим временским условима, оловна батерија од 48 Вх ће одржавати рад сервера током ноћи од марта до септембра. Батерија од 24 Вх ће трајати серверу максимално 6 сати, што значи да ће се искључити сваке ноћи, иако у различито време у зависности од месеца.
Углавном, неки сајтови не морају да раде ноћу, када је број посетилаца минималан, кажу момци из Лов-тецх Магазина. На пример, ако је ово регионална градска публикација, где не долазе посетиоци из других временских зона, већ само локални становници.
Односно, за сајтове са различитим прометом и различитим радним временом, потребне су батерије различитог капацитета и соларни панели различитих величина.
Аутор даје прорачун колико је енергије потребно за производња сами соларни панели (отеловљена енергија) и колико испадне ако ову количину поделите са очекиваним веком трајања од 10 година.
На овај начин је могуће израчунати еквивалент фосилних горива која се троше у производњи и раду панела. Лов-тецх Магазине је открио да је у првој години рада њихов систем (панел од 50 В, батерија од 86,4 Вх) „генерисао“ приближно 9 кг емисија, или еквивалент сагоревању 3 литра бензина: отприлике исто као и 50- година стар путнички аутомобил км путовања.
Ако се сервер не напаја из соларних панела, већ из опште енергетске мреже, онда се чини да су еквивалентне емисије шест пута ниже: 1,54 кг (шпански енергетски сектор има висок удео алтернативне енергије и нуклеарних електрана). Али ово није сасвим исправно поређење, пише аутор, јер узима у обзир оличену енергију соларне инфраструктуре, али не узима у обзир овај показатељ за општу енергетску мрежу, односно трошкове њене изградње и подршке. .
Даља побољшања
Током протеклог времена, извршен је велики број оптимизација које су смањиле потрошњу енергије сервера. На пример, у једном тренутку програмер је приметио да је 6,63 ТБ од укупно 11,15 ТБ саобраћаја генерисано једном погрешном имплементацијом РСС феед-а која је извлачила садржај сваких неколико минута. Након исправљања ове грешке, потрошња енергије сервера (без губитака енергије) је смањена са 1,14 В на приближно 0,95 В. Добитак може изгледати мало, али разлика од 0,19 В значи 4,56 ват-сати дневно, што одговара више од 2,5 сата трајања батерије за сервер.
Током прве године, ефикасност је била само 50%. Уочени су губици при пуњењу и пражњењу батерије (22%), као и при претварању напона са 12 В (соларни ПВ систем) на 5 В (УСБ), при чему су губици износили и до 28%. Програмер признаје да има субоптималан претварач напона (контролер без уграђеног УСБ-а), тако да можете оптимизовати ову тачку или прећи на соларну инсталацију од 5В.
Да би се побољшала ефикасност складиштења енергије, оловно-киселинске батерије могу се заменити скупљим литијум-јонским батеријама, које имају ниже губитке пуњења/пражњења (<10%). Сада дизајнер размишља о компакту (ЦАЕС), чији животни век је деценијама, што значи мањи угљенични отисак на његову производњу.
Компактни акумулатор енергије компримованог ваздуха,
Разматра се уградња додатне ветротурбине (може бити ) и инсталирање соларног трагача за окретање панела према сунцу. Тракер вам омогућава да повећате производњу електричне енергије за 30%.
Други начин да се повећа ефикасност система је његово скалирање. Подигните више веб локација на серверу и покрените више сервера. Тада ће се потрошња енергије по локацији смањити.
Компанија за соларни хостинг. Илустрација: Диего Мармолејо
Ако покријете цео балкон свог стана соларним панелима и отворите компанију за соларни веб хостинг, цена по кориснику ће бити знатно нижа него за једну веб локацију: економија обима.
Све у свему, овај експеримент показује да је, с обзиром на одређена ограничења, потпуно могуће да рачунарска инфраструктура ради на обновљивим изворима енергије.
Теоретски, такав сервер би могао чак и без батерије ако би се огледао у другим деловима света. На пример, инсталирајте огледала на Новом Зеланду и Чилеу. Тамо ће соларни панели радити када је ноћ у Барселони.
Извор: ввв.хабр.цом