Ang unang prototype ng solar server na may charge controller. Larawan:
Noong Setyembre 2018, isang mahilig sa Low-tech Magazine . Ang layunin ay upang bawasan ang pagkonsumo ng enerhiya nang labis na ang isang solar panel ay magiging sapat para sa isang home self-hosted server. Ito ay hindi madali, dahil ang site ay dapat gumana 24 oras sa isang araw. Tingnan natin kung ano ang nangyari sa huli.
Maaari kang pumunta sa server , tingnan ang kasalukuyang pagkonsumo ng kuryente at antas ng singil ng baterya. Ang site ay na-optimize para sa isang minimum na bilang ng mga kahilingan mula sa pahina at minimal na trapiko, kaya dapat itong makatiis ng pagtaas ng trapiko mula sa Habr. Ayon sa mga kalkulasyon ng developer, ang pagkonsumo ng enerhiya sa bawat natatanging bisita ay 0,021 Wh.
Bago ang madaling araw noong Enero 31, 2020, mayroon itong natitirang 42% na baterya. Ang bukang-liwayway sa Barcelona sa 8:04 lokal na oras, pagkatapos ay dapat dumaloy ang agos mula sa solar panel.
Bakit?
Sampung taon na ang nakalipas mga eksperto na ang pag-unlad ng Internet ay nag-aambag sa "dematerialization" ng lipunan, unibersal na digitalization - at, bilang isang resulta, isang pagbawas sa pangkalahatang pagkonsumo ng enerhiya. Mali sila. Sa katunayan, ang Internet mismo ang humingi , at ang mga volume na ito ay patuloy na lumalaki.
Ang mga kumpanya ng IT ay naglunsad ng mga hakbangin upang lumipat sa mga alternatibong pinagmumulan ng kuryente, ngunit imposible na ito ngayon. Ang lahat ng data center ay kumokonsumo ng tatlong beses na mas maraming enerhiya kaysa sa lahat ng solar at wind installation sa mundo. Mas masahol pa, ang produksyon at regular na pagpapalit ng mga solar panel at wind turbine , samakatuwid, imposible na ngayon na iwanan ang mga fossil fuel (langis, gas, uranium). Ngunit ang mga reserbang ito ay hindi magtatagal, kaya't hindi maiiwasang pag-isipan natin kung paano mamuhay sa mga nababagong mapagkukunan. Kabilang ang pagpapatakbo ng imprastraktura ng computer, kabilang ang mga web server.
Low-tech na Magazine Masyadong mabilis ang paglobo ng mga web page. Tumaas ang average na laki ng page mula 2010 hanggang 2018 , at para sa mga mobile site - mula 0,15 MB hanggang 1,6 MB, isang konserbatibong pagtatantya.
Pagtaas sa dami ng trapiko (ang enerhiya na kinakailangan upang magpadala ng 1 megabyte ng impormasyon), na nagiging sanhi ng patuloy na pagtaas sa pagkonsumo ng enerhiya sa Internet. Ang mas mabibigat at mas maraming load na mga site ay hindi lamang nagpapataas ng load sa imprastraktura ng network, ngunit nagpapaikli din sa "cycle ng buhay" ng mga computer at smartphone, na kailangang itapon nang mas madalas at gumawa ng mga bago, na .
At siyempre, ang tumaas na workload ay nilikha ng mismong pamumuhay: ang mga tao ay gumugugol ng halos lahat ng kanilang oras sa Internet at lubos na umaasa sa iba't ibang mga serbisyo sa web. Mahirap nang isipin ang modernong lipunan na walang cloud IT infrastructure (mga social network, instant messenger, mail, atbp.)
Configuration ng server at website
В Ang configuration ng hardware at software stack ng web server ay inilarawan nang detalyado.
Isang computer na board pinili para sa mababang paggamit ng kuryente at kapaki-pakinabang na karagdagang mga tampok tulad ng power management chip . Pinapayagan ka nitong humiling ng mga istatistika sa kasalukuyang boltahe at kasalukuyang mula sa board at baterya. Awtomatikong pinapalitan ng microcircuit ang kapangyarihan sa pagitan ng baterya at ng DC connector, kung saan dumadaloy ang kasalukuyang mula sa solar panel. Kaya, posible ang walang patid na supply ng kuryente sa server na may suporta sa baterya.
Olimex Olinuxino A20 Lime 2
Sa una, napili bilang baterya ang lithium-polymer na baterya na may kapasidad na 6600 mAh (mga 24 Wh), pagkatapos ay na-install ang lead-acid na baterya na may kapasidad na 84,4 Wh.
Nag-boot ang operating system mula sa SD card. Bagama't ang OS ay tumatagal ng hindi hihigit sa 1 GB at ang static na website ay humigit-kumulang 30 MB, walang ekonomikong kahulugan sa pagbili ng card na mas maliit kaysa sa Class 10 16 GB.
Kumokonekta ang server sa Internet sa pamamagitan ng 100Mbps na koneksyon sa bahay sa Barcelona at isang karaniwang router ng consumer. Ang isang static na IP address ay nakalaan para dito. Halos kahit sino ay maaaring mag-set up ng ganoong site sa kanilang apartment; kailangan mong bahagyang baguhin ang mga setting ng firewall upang ipasa ang mga port sa lokal na IP:
Port 80 hanggang 80 para sa HTTP Port 443 hanggang 443 para sa HTTPS Port 22 hanggang 22 para sa SSH
Operating system batay sa Debian distribution at kernel , na idinisenyo para sa mga single board na may AllWinner chips.
Isang 50-watt solar panel para sa isang web server at isang 10-watt solar panel para sa pag-iilaw sa sala sa apartment ng may-akda
Static na site na nabuo ng system (generator ng site sa Python). Ang mga static na site ay naglo-load nang mas mabilis at hindi gaanong CPU intensive, kaya ang mga ito ay mas mahusay sa enerhiya kaysa sa mga dynamic na nabuong pahina. Tingnan ang source code para sa tema. .
Ang isang napakahalagang punto ay ang pag-compress ng imahe, dahil kung wala ang pag-optimize na ito halos imposibleng gawing mas maliit ang mga web page sa 1 megabyte. Para sa pag-optimize, napagpasyahan na i-convert ang mga litrato sa mga halftone na imahe. Halimbawa, narito ang isang larawan ng mga babaeng operator ng telepono sa isang switchboard noong nakaraang siglo, .
At narito ang isang na-optimize na grayscale na imahe ng laki na may tatlong kulay (itim, puti, kulay abo). Dahil sa optical illusion, tila sa manonood ay mayroong higit sa tatlong kulay.
Ang mga litrato ng Halftone ay pinili hindi lamang upang i-optimize ang laki (isang medyo kahina-hinala na desisyon), kundi pati na rin para sa mga aesthetic na dahilan. Ang lumang pamamaraan sa pagpoproseso ng imahe ay may ilang partikular na mga tampok na pangkakanyahan, kaya ang site ay may medyo kakaibang disenyo.
Pagkatapos ng pag-optimize, ang 623 na mga guhit sa website ng Low-tech na Magazine ay bumaba sa laki mula 194,2 MB hanggang 21,3 MB, iyon ay, ng 89%.
Ang lahat ng mga lumang artikulo ay na-convert sa Markdown para sa kadalian ng pagsulat ng mga bagong artikulo, pati na rin para sa kadalian ng pag-backup sa pamamagitan ng . Ang lahat ng mga script at tracker, pati na rin ang mga logo, ay inalis mula sa site. Ginagamit ang default na font sa browser ng kliyente. Bilang isang "logo" - ang pangalan ng magazine sa malalaking titik na may arrow sa kaliwa: LOW←TECH MAGAZINE. 16 bytes lamang sa halip na isang larawan.
Sa kaso ng downtime, ang posibilidad ng "offline na pagbabasa" ay isinaayos: ang mga teksto at larawan ay na-export sa isang RSS feed. Ang pag-cache ng 100% na nilalaman ay pinagana, kabilang ang HTML.
Ang isa pang pag-optimize ay pinapagana ang mga setting ng HTTP2 sa nginx, na bahagyang nagpapababa ng trapiko at binabawasan ang oras ng paglo-load ng pahina kumpara sa HTTP/1.1. Inihahambing ng talahanayan ang mga resulta para sa limang magkakaibang mga pahina.
| | 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 | | Mga Larawan | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | pagtitipid | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |
Buong pagsasaayos ng 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;
}Mga resulta ng 15 buwan ng trabaho
Para sa panahon mula Disyembre 12, 2018 hanggang Nobyembre 28, 2019, ipinakita ng server . Nangangahulugan ito na dahil sa masamang panahon ang downtime para sa taon ay 399 na oras.
Ngunit kung hindi mo isasaalang-alang ang huling dalawang buwan, ang uptime ay 98,2%, at ang downtime ay 152 oras lamang, isinulat ng mga developer. Bumaba sa 80% ang uptime sa nakalipas na dalawang buwan nang tumaas ang konsumo ng kuryente dahil sa pag-update ng software. Gabi-gabi bumababa ang site nang ilang oras.
Ayon sa mga istatistika, para sa taon (mula Disyembre 3, 2018 hanggang Nobyembre 24, 2019), ang konsumo ng kuryente ng server ay 9,53 kWh. Ang mga makabuluhang pagkalugi sa photovoltaic system dahil sa conversion ng boltahe at paglabas ng baterya ay naitala. Ang solar controller ay nagpakita ng taunang pagkonsumo ng 18,10 kWh, na nangangahulugang ang kahusayan ng system ay halos 50%.
Pinasimpleng diagram. Hindi ito nagpapakita ng boltahe converter mula 12 hanggang 5 volts at isang battery ampere-hour meter
Sa panahon ng pag-aaral, 865 natatanging bisita ang bumisita sa site. Kasama ang lahat ng pagkawala ng enerhiya sa solar installation, ang konsumo ng enerhiya sa bawat natatanging bisita ay 000 Wh. Kaya, ang isang kilowatt-hour ng solar energy na nabuo ay sapat na para makapaglingkod sa halos 0,021 natatanging bisita.
Sa panahon ng eksperimento, nasubok ang mga solar panel na may iba't ibang laki. Ipinapakita ng talahanayan ang mga kalkulasyon kung gaano katagal bago mag-charge ng mga baterya na may iba't ibang kapasidad kapag gumagamit ng mga solar panel na may iba't ibang laki.
Ang average na paggamit ng kuryente ng web server sa unang taon, kasama ang lahat ng pagkawala ng enerhiya, ay 1,97 Watts. Ipinapakita ng kalkulasyon na ang pagpapatakbo ng isang website nang magdamag sa pinakamaikling gabi ng taon (8 oras 50 minuto, Hunyo 21) ay nangangailangan ng 17,40 watt-hours ng storage power, at sa pinakamahabang gabi (14 na oras 49 minuto, Disyembre 21) kailangan mo ng 29,19 .XNUMX Wh.
Dahil ang mga lead-acid na baterya ay hindi dapat mag-discharge nang mas mababa sa kalahating kapasidad, ang server ay nangangailangan ng 60 Wh na baterya upang makaligtas sa pinakamahabang gabi na may pinakamainam na liwanag sa araw (2x29,19 Wh). Sa halos buong taon, gumagana ang system sa isang 86,4 Wh na baterya at isang 50-watt solar panel, at pagkatapos ay nakamit ang nabanggit na 95-98% uptime.
Uptime 100%
Para sa 100% uptime, kinakailangan na dagdagan ang kapasidad ng baterya. Upang mabayaran ang isang araw ng napakasamang panahon (nang walang makabuluhang pagbuo ng kuryente), 47,28 watt-hours (24 na oras × 1,97 watts) na imbakan ay kailangan.
Mula Disyembre 1, 2019 hanggang Enero 12, 2020, isang 168-watt na baterya ang na-install sa system, na may praktikal na kapasidad ng imbakan na 84 watt-hours. Ito ay sapat na imbakan upang panatilihing tumatakbo ang site sa loob ng dalawang gabi at isang araw. Sinubukan ang pagsasaayos sa panahon ng pinakamadilim na panahon ng taon, ngunit medyo maganda ang panahon - at sa loob ng tinukoy na panahon ang uptime ay 100%.
Ngunit para magarantiya ang 100% uptime sa loob ng ilang taon, kakailanganin mong magbigay ng pinakamasamang sitwasyon, kapag nagpapatuloy ang masamang panahon sa loob ng ilang araw. Ipinapakita ng kalkulasyon na para panatilihing online ang isang website sa loob ng apat na araw na mababa o walang energy generation, kakailanganin mo ng lead-acid na baterya na may kapasidad na 440 watt-hours, na kasing laki ng baterya ng kotse.
Sa pagsasagawa, sa magandang lagay ng panahon, ang 48 Wh lead-acid na baterya ay magpapanatili sa server na tumatakbo magdamag mula Marso hanggang Setyembre. Ang 24 Wh na baterya ay tatagal sa server ng maximum na 6 na oras, ibig sabihin, magsasara ito tuwing gabi, bagama't sa iba't ibang oras depende sa buwan.
Sa pangkalahatan, ang ilang mga site ay hindi kailangang magtrabaho sa gabi, kapag ang bilang ng mga bisita ay minimal, sabi ng mga lalaki mula sa Low-tech na Magazine. Halimbawa, kung isa itong publikasyong panrehiyong lungsod, kung saan hindi dumarating ang mga bisita mula sa ibang mga time zone, ngunit mga lokal na residente lamang.
Ibig sabihin, para sa mga site na may iba't ibang trapiko at iba't ibang oras ng pag-andar, ang mga baterya na may iba't ibang kapasidad at mga solar panel na may iba't ibang laki ay kailangan.
Nagbibigay ang may-akda ng pagkalkula kung gaano karaming enerhiya ang kinakailangan para sa produksyon ang mga solar panel mismo (embodied energy) at kung magkano ang lalabas kung hahatiin mo ang halagang ito sa inaasahang buhay ng serbisyo na 10 taon.
Sa ganitong paraan, posibleng kalkulahin ang katumbas ng fossil fuels na natupok sa paggawa at pagpapatakbo ng mga panel. Nalaman ng Low-tech Magazine na sa unang taon ng operasyon, ang kanilang system (50 W panel, 86,4 Wh na baterya) ay "nakabuo" ng humigit-kumulang 9 kg ng mga emisyon, o katumbas ng pagsunog ng 3 litro ng gasolina: halos kapareho ng isang 50- taon gulang na kotse km paglalakbay.
Kung ang server ay pinapagana hindi mula sa mga solar panel, ngunit mula sa pangkalahatang grid ng kuryente, ang katumbas na mga emisyon ay tila anim na beses na mas mababa: 1,54 kg (ang sektor ng enerhiya ng Espanya ay may mataas na bahagi ng alternatibong enerhiya at mga nuclear power plant). Ngunit hindi ito isang ganap na tamang paghahambing, isinulat ng may-akda, dahil isinasaalang-alang nito ang nakapaloob na enerhiya ng solar na imprastraktura, ngunit hindi isinasaalang-alang ang tagapagpahiwatig na ito para sa pangkalahatang network ng enerhiya, iyon ay, ang mga gastos sa pagtatayo at suporta nito. .
Mga karagdagang pagpapabuti
Sa nakalipas na panahon, maraming mga pag-optimize ang isinagawa na nagpababa ng pagkonsumo ng kuryente ng server. Halimbawa, sa isang punto ay napansin ng developer na 6,63 TB ng kabuuang 11,15 TB ng trapiko ang nabuo ng isang maling pagpapatupad ng RSS feed na kumukuha ng content bawat ilang minuto. Pagkatapos ayusin ang bug na ito, ang pagkonsumo ng kuryente ng server (hindi kasama ang pagkawala ng enerhiya) ay bumaba mula 1,14 W hanggang humigit-kumulang 0,95 W. Maaaring mukhang maliit ang nakuha, ngunit ang pagkakaiba ng 0,19 W ay nangangahulugang 4,56 watt-hours bawat araw, na katumbas ng higit sa 2,5 na oras ng buhay ng baterya para sa server.
Sa unang taon, ang kahusayan ay 50% lamang. Ang mga pagkalugi ay sinusunod kapag nagcha-charge at naglalabas ng baterya (22%), pati na rin kapag nagko-convert ng boltahe mula 12 V (solar PV system) hanggang 5 V (USB), kung saan ang mga pagkalugi ay hanggang 28%. Inamin ng developer na mayroon siyang suboptimal voltage converter (controller na walang built-in USB), kaya maaari mong i-optimize ang puntong ito o lumipat sa isang 5V solar installation.
Upang mapahusay ang kahusayan sa pag-imbak ng enerhiya, ang mga lead-acid na baterya ay maaaring palitan ng mas mahal na mga baterya ng lithium-ion, na may mas mababang pagkalugi sa pag-charge/discharge (<10%). Ngayon ang taga-disenyo ay isinasaalang-alang ang isang compact (CAES), na may habang-buhay na mga dekada, na nangangahulugan ng mas maliit na carbon footprint sa produksyon nito.
Compact compressed air energy accumulator,
Ang pag-install ng karagdagang wind turbine ay isinasaalang-alang (maaari itong ) at pag-install ng solar tracker upang iikot ang mga panel patungo sa araw. Pinapayagan ka ng tracker na dagdagan ang produksyon ng kuryente ng 30%.
Ang isa pang paraan upang mapataas ang kahusayan ng system ay ang pagsukat nito. Itaas ang higit pang mga website sa server at maglunsad ng higit pang mga server. Pagkatapos ang pagkonsumo ng enerhiya sa bawat site ay bababa.
kumpanya ng pagho-host ng solar. Ilustrasyon: Diego Marmolejo
Kung takpan mo ang iyong buong balkonahe ng apartment gamit ang mga solar panel at magbubukas ng isang kumpanya ng solar web hosting, ang gastos sa bawat customer ay magiging mas mababa kaysa sa isang website: economies of scale.
Sa pangkalahatan, ipinapakita ng eksperimentong ito na, dahil sa ilang partikular na limitasyon, ganap na posible para sa imprastraktura ng computer na tumakbo sa mga pinagmumulan ng nababagong enerhiya.
Sa teoryang, ang naturang server ay magagawa kahit na walang baterya kung isasalamin sa ibang bahagi ng mundo. Halimbawa, mag-install ng mga salamin sa New Zealand at Chile. Doon gagana ang mga solar panel kapag gabi na sa Barcelona.
Pinagmulan: www.habr.com