Server rumah bertenaga surya bekerja selama 15 bulan: waktu aktif 95,26%


Prototipe server surya pertama dengan charge controller. Foto: solar.lowtechmagazine.com

Pada bulan September 2018, seorang penggila majalah Low-tech meluncurkan proyek server web "berteknologi rendah" . Tujuannya adalah untuk mengurangi konsumsi daya sehingga satu panel surya cukup untuk server yang di-host-sendiri di rumah. Ini tidak mudah, karena situs harus bekerja 24 jam sehari. Mari kita lihat apa yang terjadi pada akhirnya.

Anda bisa masuk ke server solar.lowtechmagazine.com, periksa konsumsi daya saat ini dan tingkat baterai. Situs ini dioptimalkan untuk jumlah permintaan minimum dari halaman dan lalu lintas minimum, sehingga harus tahan terhadap lonjakan lalu lintas dari Habr. Menurut perhitungan pengembang, konsumsi energi per pengunjung unik adalah 0,021 Wh.

Sesaat sebelum fajar, pada tanggal 31 Januari 2020, ia memiliki 42% baterai yang tersisa. Fajar di Barcelona pukul 8:04 waktu setempat, setelah itu arus harus dari panel surya.



Untuk apa?


Sepuluh tahun yang lalu, para ahli memperkirakan bahwa perkembangan Internet berkontribusi pada "dematerialisasi" masyarakat, digitalisasi universal - dan, sebagai akibatnya, penurunan konsumsi energi secara keseluruhan. Mereka salah. Faktanya, Internet sendiri telah menuntut sejumlah besar energi , dan volume ini terus tumbuh.

Perusahaan IT telah meluncurkan inisiatif untuk beralih ke pasokan listrik alternatif, tetapi sekarang tidak mungkin. Semua pusat data mengkonsumsi energi tiga kali lebih banyak daripada semua instalasi matahari dan angin di dunia. Lebih buruk lagi, produksi dan penggantian panel surya dan kincir angin secara teratur juga membutuhkan energioleh karena itu, meninggalkan fosil toplif (minyak, gas, uranium) saat ini tidak mungkin dilakukan. Tetapi cadangan ini tidak akan cukup untuk waktu yang lama, jadi kita harus memikirkan bagaimana cara hidup dari sumber yang terbarukan. Termasuk pengoperasian infrastruktur komputer, termasuk server web.

Majalah berteknologi rendah menganggap masalah penggelembungan halaman web terlalu cepat. Dari 2010 hingga 2018, ukuran halaman rata-rata meningkat dari 0,45 MB menjadi 1,7 MB , dan untuk situs seluler - dari 0,15 MB menjadi 1,6 MB, menurut perkiraan konservatif.

Peningkatan lalu lintas menjelang kemajuan dalam efisiensi energi(energi yang diperlukan untuk mentransfer 1 megabyte informasi), yang menyebabkan peningkatan konsumsi energi Internet secara konstan. Situs yang lebih berat dan lebih berat tidak hanya menambah beban pada infrastruktur jaringan, tetapi juga mempersingkat “siklus hidup” komputer dan telepon pintar, yang seringkali harus dibuang dan dibuat baru, yang juga merupakan proses yang sangat intensif energi .

Dan tentu saja, peningkatan beban diciptakan oleh gaya hidup itu sendiri: orang menghabiskan hampir sepanjang waktu di Internet dan sangat bergantung pada berbagai layanan web. Sudah sulit membayangkan masyarakat modern tanpa infrastruktur IT cloud (jejaring sosial, pesan instan, surat, dll.)

Konfigurasi server dan situs web


Dalam artikel ini dijelaskan secara rinci konfigurasi perangkat keras dan perangkat lunak menumpuk server web. Komputer Papan

Satu Olimex Olinuxino A20 Lime 2 dipilih karena konsumsi dayanya yang rendah dan fitur tambahan yang bermanfaat seperti chip manajemen daya AXP209 . Ini memungkinkan Anda untuk meminta statistik tegangan dan kekuatan arus dari papan dan dari baterai. Chip secara otomatis mengalihkan daya antara baterai dan konektor DC, di mana arus mengalir dari panel surya. Dengan demikian, catu daya yang tidak terputus ke server dengan dukungan baterai dimungkinkan.


Olimex Olinuxino A20 Lime 2

Awalnya, baterai lithium-polimer dengan kapasitas 6600 mAh (sekitar 24 Wh) dipilih sebagai baterai, kemudian mereka menempatkan baterai asam timbal pada 84,4 Wh.

Sistem operasi melakukan booting dari kartu SD. Meskipun OS membutuhkan tidak lebih dari 1 GB dan situs web statis sekitar 30 MB, tidak ada alasan ekonomi untuk membeli kartu yang lebih kecil dari Kelas 10 16 GB.

Server terhubung ke Jaringan melalui koneksi rumah 100 megabyte di Barcelona dan router konsumen standar. Alamat IP statis disediakan untuk itu. Hampir setiap orang dapat meningkatkan situs seperti itu di apartemen mereka, Anda perlu sedikit mengubah pengaturan firewall untuk penerusan port ke IP lokal:

Port 80 hingga 80 untuk HTTP
Port 443 hingga 443 untuk HTTPS
Port 22 hingga 22 untuk SSH

Sistem operasi Armbian Stretch berdasarkan distribusi Debian dan kernel SUNXI , yang dirancang untuk kartu papan tunggal dengan chip AllWinner.


Panel surya 50 watt untuk server web dan panel 10 watt untuk menerangi ruang tamu di apartemen penulis.

Situs statis dihasilkan oleh sistem Pelican (generator situs web Python). Situs statis memuat lebih cepat dan tidak membuat beban pada CPU, sehingga mereka jauh lebih efisien daripada halaman yang dihasilkan secara dinamis dari sudut konsumsi energi. Lihat kode sumber untuk tema di sini .

Poin yang sangat penting adalah kompresi gambar, karena tanpa optimasi ini hampir tidak mungkin untuk membuat halaman web kurang dari 1 megabyte. Untuk optimasi, diputuskan untuk mengubah foto menjadi gambar skala abu-abu. Misalnya, berikut adalah foto operator telepon wanita pada sebuah saklar di abad terakhir, 253 KB .



Namun gambar grayscale yang dioptimalkan berukuran 36,5 KB dengan tiga warna (hitam, putih, abu-abu). Karena ilusi optik, pemirsa tampaknya memiliki lebih dari tiga warna.



Foto-foto Halftone dipilih tidak hanya untuk optimasi ukuran (solusinya agak meragukan), tetapi juga karena alasan estetika. Teknik pemrosesan gambar yang lama ini memiliki fitur gaya tertentu, sehingga situs tersebut memiliki desain yang unik.

623 ilustrasi di situs web Majalah berteknologi rendah setelah pengoptimalan menurun dari 194,2 MB menjadi 21,3 MB, yaitu 89%.

Semua artikel lama dikonversi menjadi Markdown untuk kemudahan menulis artikel baru, serta untuk kemudahan cadangan melalui git . Semua skrip dan pelacak, serta logo, telah dihapus dari situs. Font default digunakan di browser klien. Sebagai "logo" - nama majalah dengan huruf kapital dengan panah kiri: LOW ← TECH MAGAZINE. Hanya 16 byte, bukan gambar.

Dalam hal downtime, kemungkinan "pembacaan offline" diatur: teks dan gambar diekspor ke umpan RSS. Caching konten 100%, termasuk HTML, sudah termasuk.

Optimalisasi lainnya adalah dimasukkannya pengaturan HTTP2 di nginx, yang sedikit mengurangi lalu lintas dan mempersingkat waktu pemuatan halaman, dibandingkan dengan HTTP / 1.1. Tabel membandingkan hasil untuk lima halaman berbeda.

| | FP | KAMI | Hs | Fw | CW |
| ---------- | ------- | ------- | ------- | ------- | ------ - |
| HTTP / 1.1 | 1.46d | 1,87s | 1.54s | 1,86s | 1.89s |
| HTTP2 | 1.30-an | 1.49-an | 1.54s | 1,79-an | 1.55s |
| Gambar | 9 | 21 | 11 | 19 | 23 |
| penghematan | 11% | 21% | 0% | 4% | 18% |


Konfigurasi nginx penuh:

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;
}

Hasil kerja 15 bulan


Untuk periode dari 12 Desember 2018 hingga 28 November 2019, server menunjukkan uptime sebesar 95,26% . Ini berarti bahwa karena cuaca buruk, waktu henti untuk tahun ini adalah 399 jam.

Tetapi jika Anda tidak memperhitungkan dua bulan terakhir, uptime adalah 98,2%, dan downtime hanya 152 jam, para pengembang menulis. Uptime telah turun menjadi 80% selama dua bulan terakhir, ketika konsumsi daya meningkat karena pembaruan perangkat lunak. Setiap malam situs itu mati selama beberapa jam.

Menurut statistik, untuk tahun ini (dari 3 Desember 2018 hingga 24 November 2019), konsumsi daya server adalah 9,53 kWh. Kerugian yang signifikan dicatat dalam sistem fotovoltaik karena konversi tegangan dan pelepasan baterai. Kontroler surya menunjukkan konsumsi tahunan sebesar 18,10 kWh, yang berarti efisiensi sistem sekitar 50%.


Skema yang disederhanakan. Itu tidak menunjukkan konverter tegangan dari 12 hingga 5 volt dan meteran ampere baterai.

Selama masa studi, 865.000 pengunjung unik mengunjungi situs. Termasuk semua kehilangan energi di instalasi surya, konsumsi energi per pengunjung unik adalah 0,021 Wh. Dengan demikian, satu jam energi matahari yang dihasilkan cukup untuk melayani hampir 50.000 pengunjung unik.

Selama percobaan, panel surya dari berbagai ukuran diuji. Tabel menunjukkan perhitungan untuk berapa lama baterai dengan kapasitas berbeda diisi saat menggunakan panel surya dengan ukuran berbeda.



Konsumsi daya rata-rata server web selama tahun pertama, termasuk semua kehilangan energi, adalah 1,97 watt. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk mempertahankan situs web pada malam hari pada malam terpendek tahun ini (8 jam 50 menit, 21 Juni), Anda memerlukan daya penyimpanan 17,40 watt-jam, dan pada malam terlama (14 jam 49 menit, 21 Desember) , 19 Wh



Karena baterai timbal-asam tidak boleh habis di bawah setengah kapasitas, server membutuhkan baterai 60 Wh untuk bertahan malam paling lama dalam kondisi siang hari yang optimal (2 × 29,19 Wh). Untuk sebagian besar tahun, sistem bekerja dengan baterai 86,4 Wh / h dan panel surya 50-watt, maka waktu kerja yang disebutkan di atas 95-98% tercapai.

Uptime 100%


Untuk waktu aktif, 100% membutuhkan peningkatan kapasitas baterai. Untuk mengimbangi cuaca buruk selama satu hari (tanpa pembangkit listrik yang signifikan), Anda membutuhkan 47,28 watt-jam (24 jam × 1,97 watt) penyimpanan.

Dari 1 Desember 2019 hingga 12 Januari 2020, baterai 168 watt dipasang dalam sistem, yang memiliki kapasitas penyimpanan praktis 84 watt-jam. Penyimpanan ini cukup untuk menjaga situs selama dua malam dan satu hari. Konfigurasi ini diuji pada periode paling gelap tahun ini, tetapi cuacanya relatif baik - dan selama periode ini, uptime 100%.

Tetapi untuk menjamin uptime 100% selama beberapa tahun, perlu untuk meramalkan skenario terburuk, ketika cuaca buruk bertahan selama beberapa hari. Perhitungan menunjukkan: untuk menjaga situs online selama empat hari dengan generasi energi rendah atau nol, Anda akan memerlukan baterai asam timbal dengan kapasitas 440 watt-jam, yaitu ukuran baterai mobil.

Dalam praktiknya, dalam cuaca yang baik, baterai asam timbal 48 Wh akan mendukung server pada malam hari dari bulan Maret hingga September. Baterai 24 Wh akan menjaga server selama maksimum 6 jam, artinya, baterai akan dimatikan setiap malam, meskipun pada waktu yang berbeda, tergantung pada bulan.

Pada umumnya, beberapa situs tidak harus bekerja di malam hari, ketika jumlah pengunjung sangat minim, menurut orang-orang dari Majalah Teknologi Rendah. Misalnya, jika itu adalah publikasi kota regional, di mana pengunjung dari zona waktu lain tidak pergi, tetapi hanya penduduk lokal.

Artinya, untuk situs dengan lalu lintas yang berbeda dan waktu aktif yang berbeda, baterai dengan kapasitas berbeda dan panel surya dengan ukuran berbeda diperlukan.





Penulis menghitung berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk memproduksi panel surya itu sendiri (energi yang disadari) dan berapa banyak yang diperoleh jika Anda membagi jumlah ini dengan umur layanan 10 tahun.



Dengan demikian, dimungkinkan untuk menghitung analog bahan bakar fosil, yang dihabiskan untuk produksi dan pengoperasian panel. Di Low-tech Magazine ternyata pada tahun pertama operasi, sistem mereka (panel 50 W, baterai 86,4 Wh) "menghasilkan" sekitar 9 kg emisi atau setara dengan membakar 3 liter bensin: hampir sama dengan mobil penumpang seharga 50 km dari kemajuan.



Jika server diberi daya bukan dari panel surya, tetapi dari jaringan listrik umum, maka setara emisi tampaknya enam kali lebih rendah: 1,54 kg (pangsa energi alternatif dan pembangkit listrik tenaga nuklir tinggi dalam energi Spanyol). Tetapi ini bukan perbandingan yang sepenuhnya benar, penulis menulis, karena memperhitungkan energi yang diimplementasikan dari infrastruktur surya, tetapi tidak memperhitungkan indikator ini untuk total jaringan energi, yaitu, biaya konstruksi dan dukungannya.

Perbaikan lebih lanjut


Selama masa lalu, sejumlah optimasi telah dilakukan yang telah mengurangi konsumsi daya server. Misalnya, pada titik tertentu, pengembang memperhatikan bahwa 6,63 TB dari total 11,15 TB yang dihasilkan oleh satu implementasi RSS feed yang salah, yang menarik konten setiap beberapa menit. Setelah memperbaiki bug ini, konsumsi daya server (tidak termasuk kehilangan energi) menurun dari 1,14 watt menjadi sekitar 0,95 watt. Penguatan mungkin tampak kecil, tetapi perbedaan 0,19 watt berarti 4,56 watt-jam per hari, yang sesuai dengan lebih dari 2,5 jam masa pakai baterai.

Pada tahun pertama, efisiensi hanya 50%. Kehilangan diamati ketika mengisi dan mengeluarkan baterai (22%), serta ketika mengubah tegangan dari 12 V (sistem photovoltaic surya) ke 5 V (USB), di mana kerugian hingga 28%. Pengembang mengakui bahwa ia tidak memiliki konverter tegangan optimal (pengontrol tanpa built-in USB), sehingga Anda dapat mengoptimalkan momen ini atau beralih ke instalasi surya 5V.

Untuk meningkatkan efisiensi penyimpanan energi, baterai timbal-asam dapat diganti dengan baterai lithium-ion yang lebih mahal, yang memiliki lebih sedikit kehilangan muatan / pengeluaran (<10%). Sekarang perancang sedang mempertimbangkan sistem kompak untuk menyimpan listrik dalam bentuk udara terkompresi(CAES), yang memiliki masa kerja sepuluh tahun, yang berarti lebih sedikit jejak karbon.


Akumulator energi kompak di udara terkompresi, sumber

Kami sedang mempertimbangkan memasang turbin angin tambahan (dapat dibuat dari kayu ) dan memasang pelacak surya untuk mengubah panel menjadi matahari. Pelacak memungkinkan Anda untuk meningkatkan pembangkit listrik hingga 30%.



Cara lain untuk meningkatkan efisiensi sistem adalah dengan mengukurnya. Naikkan lebih banyak situs web di server dan jalankan lebih banyak server. Maka konsumsi energi per masing-masing situs akan berkurang.


Perusahaan hosting surya. Ilustrasi: Diego Marmolejo

Jika Anda menutupi seluruh balkon apartemen dengan panel surya dan membuka perusahaan web hosting surya, maka biaya untuk setiap klien akan jauh lebih rendah daripada untuk satu situs web: skala ekonomi.

Secara umum, percobaan ini menunjukkan bahwa, di bawah batasan tertentu, infrastruktur komputer dapat bekerja dengan baik pada sumber energi terbarukan.

Secara teoritis, server semacam itu bahkan dapat melakukannya tanpa baterai jika Anda mencerminkannya di bagian lain dunia. Misalnya, letakkan cermin di Selandia Baru dan Chili. Di sana, panel surya akan bekerja saat malam di Barcelona.

Source: https://habr.com/ru/post/undefined/


All Articles