Şarj regülatörlü bir güneş enerjisi sunucusunun ilk prototipi. Fotoğraf:
Eylül 2018'de Low-tech Magazine'den bir meraklı . Amaç, enerji tüketimini o kadar azaltmaktı ki, bir güneş paneli evdeki kendi kendine barındırılan bir sunucu için yeterli olacaktı. Bu kolay değil çünkü sitenin 24 saat çalışması gerekiyor. Sonunda ne olduğunu görelim.
Sunucuya gidebilirsiniz , mevcut güç tüketimini ve pil şarj düzeyini kontrol edin. Site, sayfadan gelen minimum sayıda istek ve minimum trafik için optimize edilmiştir, dolayısıyla Habr'dan gelen trafik artışına dayanmalıdır. Geliştiricinin hesaplamalarına göre tekil ziyaretçi başına enerji tüketimi 0,021 Wh.
31 Ocak 2020'deki şafak vaktinden hemen önce pilin %42'si kalmıştı. Barselona'da yerel saatle 8:04'te şafak vakti, ardından güneş panelinden akım akacak.
Neden?
On yıl önce uzmanlar İnternetin gelişmesinin toplumun "maddileşmesine", evrensel dijitalleşmeye ve bunun sonucunda genel enerji tüketiminde azalmaya katkıda bulunduğunu. Yanılıyorlardı. Aslında internetin kendisi talep etti ve bu hacimler büyümeye devam ediyor.
Bilişim şirketleri alternatif güç kaynaklarına geçmek için girişimlerde bulundu ancak bu artık mümkün değil. Tüm veri merkezleri, dünyadaki tüm güneş ve rüzgar tesislerinin ürettiğinden üç kat daha fazla enerji tüketiyor. Daha da kötüsü, güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinin üretimi ve düzenli olarak değiştirilmesi bu nedenle bugün fosil yakıtlardan (petrol, gaz, uranyum) vazgeçmek kesinlikle imkansızdır. Ancak bu rezervler uzun sürmeyecek, dolayısıyla kaçınılmaz olarak yenilenebilir kaynaklarla nasıl yaşayacağımızı düşünmek zorunda kalacağız. Web sunucuları da dahil olmak üzere bilgisayar altyapısının işletilmesi dahil.
Düşük Teknoloji Dergisi Web sayfaları çok çabuk şişer. Ortalama sayfa boyutu 2010'dan 2018'e arttı ve mobil siteler için - 0,15 MB ile 1,6 MB arası, ihtiyatlı bir tahmin.
Trafik hacimlerinde artış (1 megabaytlık bilginin iletilmesi için gereken enerji), bu da İnternet enerji tüketiminin sürekli artmasına neden olur. Daha ağır ve daha yüklü siteler, ağ altyapısı üzerindeki yükü artırmakla kalmıyor, aynı zamanda daha sık atılması ve yenilerinin üretilmesi gereken bilgisayarların ve akıllı telefonların “yaşam döngüsünü” de kısaltıyor. .
Ve elbette, artan iş yükü yaşam tarzının kendisi tarafından yaratılıyor: İnsanlar zamanlarının neredeyse tamamını internette geçiriyor ve büyük ölçüde çeşitli web hizmetlerine güveniyorlar. Bulut BT altyapısı (sosyal ağlar, anlık mesajlaşma programları, posta vb.) olmadan modern toplumu hayal etmek zaten zor.
Sunucu ve web sitesi yapılandırması
В Web sunucusunun donanım konfigürasyonu ve yazılım yığını ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.
Tek kartlı bilgisayar düşük güç tüketimi ve güç yönetimi çipi gibi kullanışlı ek özellikler nedeniyle seçilmiştir . Karttan ve aküden mevcut voltaj ve akıma ilişkin istatistikler talep etmenizi sağlar. Mikro devre, akü ile akımın güneş panelinden aktığı DC konektörü arasındaki gücü otomatik olarak değiştirir. Böylece sunucuya pil desteği ile kesintisiz güç sağlanması mümkün olmaktadır.
Olimex Olinuxino A20 Kireç 2
Pil olarak başlangıçta 6600 mAh (yaklaşık 24 Wh) kapasiteli lityum polimer pil seçildi, ardından 84,4 Wh kapasiteli kurşun asit pil takıldı.
İşletim sistemi SD karttan önyüklenir. İşletim sistemi 1 GB'tan fazla yer kaplamamasına ve statik web sitesi yaklaşık 30 MB olmasına rağmen, Class 10 16 GB'tan daha küçük bir kart satın almanın ekonomik bir anlamı yoktu.
Sunucu, Barselona'da 100 Mbps ev bağlantısı ve standart bir tüketici yönlendiricisi aracılığıyla Internet'e bağlanır. Bunun için statik bir IP adresi ayrılmıştır. Hemen hemen herkes dairesinde böyle bir site kurabilir; bağlantı noktalarını yerel IP'ye iletmek için güvenlik duvarı ayarlarını biraz değiştirmeniz gerekir:
HTTP için Bağlantı Noktası 80 ila 80 HTTPS için Bağlantı Noktası 443 ila 443 SSH için Bağlantı Noktası 22 ila 22
İşletim sistemi Debian dağıtımına ve çekirdeğine dayalı AllWinner çipli tek kartlar için tasarlanmıştır.
Bir web sunucusu için 50 watt'lık bir güneş paneli ve yazarın dairesindeki oturma odasını aydınlatmak için 10 watt'lık bir güneş paneli
Sistem tarafından oluşturulan statik site (Python'da site oluşturucu). Statik siteler daha hızlı yüklenir ve CPU kullanımı daha az olduğundan, dinamik olarak oluşturulan sayfalara göre enerji açısından çok daha verimlidirler. Temanın kaynak koduna bakın. .
Görüntü sıkıştırma çok önemli bir noktadır, çünkü bu optimizasyon olmadan web sayfalarını 1 megabayttan küçük yapmak neredeyse imkansızdır. Optimizasyon için fotoğrafların yarı tonlu görüntülere dönüştürülmesine karar verildi. Mesela geçen yüzyılda santraldeki kadın telefon operatörlerinin fotoğrafı. .
Ve işte boyutu optimize edilmiş gri tonlamalı bir görüntü üç renk (siyah, beyaz, gri). Optik yanılsama nedeniyle izleyiciye üçten fazla renk varmış gibi geliyor.
Yarı tonlu fotoğraflar yalnızca boyutu optimize etmek için değil (oldukça şüpheli bir karar) aynı zamanda estetik nedenlerden dolayı da seçildi. Bu eski görüntü işleme tekniğinin belirli stilistik özellikleri vardır, dolayısıyla site biraz benzersiz bir tasarıma sahiptir.
Optimizasyon sonrasında Low-tech Magazine web sitesindeki 623 illüstrasyonun boyutu 194,2 MB'tan 21,3 MB'a yani %89 oranında azaldı.
Tüm eski makaleler, yeni makale yazma kolaylığı ve ayrıca yedekleme kolaylığı için Markdown'a dönüştürüldü. . Tüm komut dosyaları ve izleyicilerin yanı sıra logolar da siteden kaldırıldı. İstemcinin tarayıcısındaki varsayılan yazı tipi kullanılır. Bir “logo” olarak - derginin büyük harflerle yazılmış adı ve sol tarafta bir ok: LOW←TECH MAGAZINE. Resim yerine yalnızca 16 bayt.
Kesinti durumunda "çevrimdışı okuma" olanağı düzenlenmiştir: metinler ve resimler bir RSS beslemesine aktarılır. HTML dahil %100 içeriğin önbelleğe alınması etkinleştirildi.
Başka bir optimizasyon, nginx'te HTTP2 ayarlarının etkinleştirilmesidir; bu, trafiği biraz azaltır ve HTTP/1.1'e kıyasla sayfa yükleme süresini azaltır. Tablo, beş farklı sayfanın sonuçlarını karşılaştırmaktadır.
| | FP | BİZ | 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 | | Resimler | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 | | tasarruf | %11 | %21 | %0 | %4 | %18 |
Tam nginx yapılandırması:
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;
}15 aylık çalışmanın sonuçları
12 Aralık 2018 ile 28 Kasım 2019 arasındaki dönemde sunucu şunu gösterdi: . Bu, kötü hava koşulları nedeniyle yıl içindeki kesinti süresinin 399 saat olduğu anlamına geliyor.
Ancak geliştiriciler, son iki ayı hesaba katmazsanız, çalışma süresinin %98,2 olduğunu ve kesinti süresinin yalnızca 152 saat olduğunu yazıyor. Son iki ayda yazılım güncellemesi nedeniyle güç tüketiminin artmasıyla çalışma süresi %80'e düştü. Her gece site birkaç saatliğine kapanıyordu.
İstatistiklere göre yıl için (3 Aralık 2018'den 24 Kasım 2019'a kadar) sunucunun elektrik tüketimi 9,53 kWh idi. Fotovoltaik sistemde voltaj dönüşümü ve akü deşarjından dolayı önemli kayıplar kaydedilmiştir. Güneş kontrol cihazı yıllık 18,10 kWh tüketim gösterdi, bu da sistem verimliliğinin yaklaşık %50 olduğu anlamına geliyor.
Basitleştirilmiş diyagram. 12 ila 5 volt arasında bir voltaj dönüştürücüyü ve bir akü amper-saat ölçeri göstermiyor
Çalışma döneminde siteyi 865 tekil ziyaretçi ziyaret etti. Güneş enerjisi kurulumundaki tüm enerji kayıpları dahil edildiğinde tekil ziyaretçi başına enerji tüketimi 000 Wh olarak gerçekleşti. Böylece üretilen 0,021 kilowatt saat güneş enerjisi, 50'e yakın tekil ziyaretçiye hizmet vermeye yetiyor.
Deney sırasında farklı boyutlardaki güneş panelleri test edildi. Tablo, farklı boyutlardaki güneş panelleri kullanıldığında farklı kapasitelerdeki pillerin şarj edilmesinin ne kadar süreceği ile ilgili hesaplamaları göstermektedir.
Web sunucusunun ilk yıldaki ortalama güç tüketimi, tüm enerji kayıpları dahil 1,97 Watt idi. Hesaplama, bir web sitesini yılın en kısa gecesinde (8 saat 50 dakika, 21 Haziran) bir gecede çalıştırmanın 17,40 watt-saat depolama gücü gerektirdiğini ve en uzun gecede (14 saat 49 dakika, 21 Aralık) 29,19 watt-saat depolama gücüne ihtiyacınız olduğunu gösteriyor. XNUMX Wh.
Kurşun asitli pillerin yarı kapasitenin altına düşmemesi gerektiğinden, sunucunun optimum gündüz ışığıyla (60x2 Wh) en uzun geceyi sürdürebilmesi için 29,19 Wh'lik bir pile ihtiyacı vardır. Yılın büyük bölümünde sistem 86,4 Wh pil ve 50 watt güneş paneli ile çalıştı ve daha sonra yukarıda bahsedilen %95-98 çalışma süresine ulaşıldı.
Çalışma süresi %100
%100 çalışma süresi için pil kapasitesinin artırılması gerekir. Bir günlük çok kötü hava koşullarını (önemli miktarda enerji üretimi olmadan) telafi etmek için 47,28 watt-saat (24 saat × 1,97 watt) depolamaya ihtiyaç vardır.
1 Aralık 2019'dan 12 Ocak 2020'ye kadar sisteme 168 watt-saat pratik depolama kapasitesine sahip 84 watt'lık pil takıldı. Bu, sitenin iki gece bir gün boyunca çalışır durumda kalması için yeterli depolama alanıdır. Yapılandırma yılın en karanlık döneminde test edildi, ancak hava nispeten iyiydi ve belirtilen süre boyunca çalışma süresi %100'dü.
Ancak birkaç yıl boyunca %100 çalışma süresini garanti etmek için, kötü havanın birkaç gün devam ettiği en kötü senaryoyu da hesaba katmanız gerekir. Hesaplama, bir web sitesini dört gün boyunca düşük enerji üretimiyle veya hiç enerji üretimi olmadan çevrimiçi tutmak için, 440 watt-saat kapasiteli, yani araba aküsü boyutunda bir kurşun asit aküye ihtiyacınız olacağını gösteriyor.
Uygulamada, iyi hava koşullarında, 48 Wh'lik bir kurşun-asit batarya, sunucunun Mart ayından Eylül ayına kadar gece boyunca çalışmasını sağlayacaktır. 24 Wh'lik bir pil, sunucuyu maksimum 6 saat boyunca çalıştıracaktır; bu, aya bağlı olarak farklı zamanlarda da olsa her gece kapanacağı anlamına gelir.
Low-tech Magazine'den adamlar, genel olarak bazı sitelerin, ziyaretçi sayısının minimum olduğu gece saatlerinde çalışmasına gerek olmadığını söylüyor. Örneğin, bu, diğer zaman dilimlerinden ziyaretçilerin gelmediği, yalnızca yerel sakinlerin geldiği bölgesel bir şehir yayınıysa.
Yani farklı trafiğe ve farklı çalışma süresine sahip siteler için farklı kapasitelerde pillere ve farklı boyutlarda güneş panellerine ihtiyaç vardır.
Yazar, ne kadar enerjinin gerekli olduğuna dair bir hesaplama sağlar. üretim güneş panellerinin kendisi (bedenli enerji) ve bu miktarı 10 yıllık beklenen hizmet ömrüne bölerseniz ne kadar ortaya çıktığı.
Bu sayede panellerin üretiminde ve işletilmesinde tüketilen fosil yakıtların eşdeğerinin hesaplanması mümkün olmaktadır. Low-tech Magazine, ilk çalışma yılında sistemlerinin (50 W panel, 86,4 Wh pil) yaklaşık 9 kg emisyon "ürettiğini" veya bu da 3 litre benzin yakmaya eşdeğer olduğunu buldu: yaklaşık 50-XNUMX litre benzin yakmaya eşdeğer. yaşındaki binek otomobil km seyahati.
Sunucu güneş panellerinden değil de genel elektrik şebekesinden besleniyorsa, eşdeğer emisyonlar altı kat daha düşük görünüyor: 1,54 kg (İspanya enerji sektörü, alternatif enerji ve nükleer santrallerin yüksek bir payına sahiptir). Ancak yazar, bunun tamamen doğru bir karşılaştırma olmadığını yazıyor, çünkü güneş enerjisi altyapısının yerleşik enerjisini hesaba katıyor, ancak genel enerji ağı için bu göstergeyi, yani inşaat ve destek maliyetlerini hesaba katmıyor. .
Daha fazla iyileştirme
Geçtiğimiz zaman içerisinde sunucunun güç tüketimini azaltan bir dizi optimizasyon gerçekleştirildi. Örneğin, bir noktada geliştirici, toplam 6,63 TB trafiğin 11,15 TB'ının, birkaç dakikada bir içerik çeken hatalı bir RSS beslemesi uygulaması tarafından oluşturulduğunu fark etti. Bu hata düzeltildikten sonra sunucunun güç tüketimi (enerji kayıpları hariç) 1,14 W'tan yaklaşık 0,95 W'a düştü. Kazanç küçük görünebilir ancak 0,19 W'luk bir fark, günde 4,56 watt-saat anlamına gelir; bu da sunucu için 2,5 saatten fazla pil ömrüne karşılık gelir.
İlk yıl verimlilik yalnızca %50 idi. Pili şarj ederken ve boşaltırken (%22) ve ayrıca voltajı 12 V'tan (güneş PV sistemi) 5 V'a (USB) dönüştürürken kayıplar gözlendi; burada kayıplar %28'e kadar çıktı. Geliştirici, optimal olmayan bir voltaj dönüştürücüsüne (dahili USB'si olmayan denetleyici) sahip olduğunu kabul ediyor, böylece bu noktayı optimize edebilir veya 5V güneş enerjisi kurulumuna geçebilirsiniz.
Enerji depolama verimliliğini artırmak için kurşun-asit piller, daha düşük şarj/deşarj kayıplarına (<%10) sahip olan daha pahalı lityum-iyon pillerle değiştirilebilir. Tasarımcı şimdi kompakt bir model düşünüyor (CAES) onlarca yıllık bir ömre sahiptir ve bu da üretiminde daha küçük bir karbon ayak izi anlamına gelir.
Kompakt basınçlı hava enerji akümülatörü,
İlave bir rüzgar türbininin kurulumu düşünülüyor (bu, ) ve panelleri güneşe doğru çevirmek için bir güneş takip cihazının kurulması. İzleyici, elektrik üretimini %30 oranında artırmanıza olanak tanır.
Sistemin verimliliğini artırmanın bir diğer yolu da sistemi ölçeklendirmektir. Sunucuda daha fazla web sitesi oluşturun ve daha fazla sunucu başlatın. Daha sonra saha başına enerji tüketimi azalacaktır.
Güneş barındırma şirketi. İllüstrasyon: Diego Marmolejo
Dairenizin balkonunun tamamını güneş panelleriyle kaplarsanız ve bir güneş enerjili web barındırma şirketi açarsanız, müşteri başına maliyet, tek bir web sitesine göre önemli ölçüde daha düşük olacaktır: ölçek ekonomisi.
Genel olarak bu deney, belirli sınırlamalar göz önüne alındığında, bilgisayar altyapısının yenilenebilir enerji kaynaklarıyla çalışmasının tamamen mümkün olduğunu göstermektedir.
Teorik olarak böyle bir sunucu, dünyanın diğer yerlerine yansıtılırsa pilsiz bile yapabilir. Örneğin Yeni Zelanda ve Şili'de aynalar takın. Barselona'da gece olduğunda güneş panelleri çalışacak.
Kaynak: habr.com