Potrošnja solarnog servera
Energetske potrebe Raspberry Pi uređaja
| Radnja | ZeroW | 3B+ |
| Mirovanje | 120 | 400 |
| Učitavanje desktop sučelja | 160 | 690 |
| Pregledavanje 1080p videa (lokalno) | 170 | 510 |
| Wifi mreža pod opterećenjem | 130 | 440 |
Tab 1. Energetska potrošnja Raspberry Pi uređaja prema modelu (mA)
Raspberry Pi server pogonjen prijenosnim baterijama za smartphone / mobitele
Prijenosne baterije za smartphone i mobitele nude naizgled dobar omjer cijene i kapaciteta, no rezultati testiranja pokazuju da takve baterije nisu adekvatan izvor energije za Raspberry Pi server. Server mora biti dostupan 24 sata dnevno, a mali kapaciteti, te male dimenzije solarnih panela ne nude dobar omjer punjenja i potrošnje. To rezultira nadopunjavanjem baterija iz drugih izvora el energije (el. mreže, drugih baterija, agregata...) kako bi održavale napajanje. Uz to, opcija passthrough punjenja, odnosno punjenja baterije dok se ista napaja iz drugog izvora, baterije dodatno zagrijava i oštećuje ih te im tako smanjuje kapacitet pri intenzivnom korištenju. Zato je za solarni server bolje koristiti baterije koje su dizajnirane za solarno punjenje, uz adekvatne regulatore punjenja.
| Datum | Server | Napajanje | Solar | mAh | mA | Trajanje | Mreža |
| 20-05-07 | RPi 3B+ | Sol P323.103 | da | 800 | 400 | 000:59 | UTP |
| 20-05-08 | RPi 3B+ | PB | ne | 10000 | 400 | 015:59 | UTP |
| 20-05-08 | RPi 0w | Sol P323.103 | da | 800 | 120 | 003:39 | WiFi |
| 20-05-09 | RPi 0w | PB | da | 10000 | 120 | 051:26 | WiFi |
| 20-05-19 | RPi 0w | PB | da | 30000 | 120 | 105:22 | WiFi |
| 20-05-28 | RPi 0w | iMYMAX Notebook MM-PB | ne | 30000 | 114 | 074:22 | WiFi |
| 20-06-05 | RPi 0w | iMYMAX Notebook MM-PB | ne | 30000 | 120 | 072:51 | WiFi |
| 20-06-26 | RPi 0w | iMyMax MM-PB/006 | ne | 30000 | 114 | 105:27 | WiFi |
| 20-07-14 | RPi 3B+ | Goobay 49216 | ne | 8000 | 413 | 012:55 | WiFi |
| 20-07-15 | RPi 3B+ | Goobay 49216 | da | 8000 | 411 | 012:54 | WiFi |
| 20-07-16 | RPi 3B+ | Goobay 49216 | da | 8000 | 427 | 012:47 | WiFi |
Tab 2. Podaci iz procesa testiranja Raspberry Pi serverskih računala u odnosu na različite izvore napajanja, sa i bez dodatka obnovljivih (solarnih) izvora. (mA) Mjerenja su vršena i prije početka samog istraživanja.
Simulacija prometa lokalne bežične mreže
Sl. 1. Ilustracija sustava korištenog za testiranje
Ogledna mjerenja (bez spojenih uređaja)
- 100% naupnjena 7AH baterija
- RaspberryPi 3B+ s aktiviranim WiFi access pointom
- solarni regulator punjenja
- podesivi silazni pretvarač (5V)
- bez spojenih klijentskih uređaja
Prijenosni solarni sustav s baterijom manjeg kapaciteta (7Ah)
- 50 W solarni panel
- akumulator solarni Vision 12V 7 AH
- solarni regulator punjenja s integriranim USB priključkom (5V)
| Datum | Server | Baterija | Kapacitet | mA | Početna voltaža | Završna voltaža | Trajanje (hh:mm) |
| 21-07-12 | RPi3B+ | Akumulator solarni Vision 12V 7 | 7Ah | 439 | 13.7 | 10.7 | 022:00 |
| 21-07-14 | RPi3B+ | Akumulator solarni Vision 12V 7 | 7Ah | 439 | 13.7 | 10.7 | 025:00 |
| 21-07-18 | RPi3B+ | Akumulator solarni Vision 12V 7 | 7Ah | 439 | 13.7 | 10.7 | 024:45 |
Tab 3. Prijenosni solarni sustav s baterijom manjeg kapaciteta (7Ah)
Direktno napajanje iz solarnog panela uz pomoć silaznog pretvarača
- 30 W panel ili 2 x 10W panel (spojeni u seriji)
- silazni pretvarač
Mjerenja ovog sustava nisu tablično prikazana jer napaja trošilo izravno iz sunčeve energije pa u potpunosti ovisi o količini sunca.
Vrijednosti 30W i 10W panela (vidi popis opreme) variraju tijekom dana i ovise o količini sunčeve energije. Solarni paneli prilikom zimskih mjeseci i potpuno oblačnih dana proizvode između 1/3 i 2/3 nazivne energije koja je dovoljna za mrežnu reprodukciju tijekom dana. Prilikom korištenja 10W panela mogući su i veliki padovi napona i potpun izostanak napajanja.
Ovakav sustav je nestabilan, ali i najmanje ovisan o opremi (nema baterije), te najjeftiniji (potrebni su samo solarni paneli i silazni pretvarač). Prihvaljiv je za korištenje za privremene umjetničke postave, ali nije adekvatan za postave koji moraju raditi 00-24 h.
10W paneli nisu dovoljni za napajanje Rpi bez baterije, ali moguće ih je spojiti u seriju.
Statični solarni sustav s baterijom velikog kapaciteta (55Ah)
- 30 W solarni panel
- Akumulator solarni Sole 12V 55 AH
- solarni regulator punjenja s integriranim USB priključkom (5V)
| Datum | Server | Baterija | Kapacitet | mA | Početna voltaža | Završna voltaža | Trajanje (hh:mm) |
| 21-08-21 | RPi3B+ | Akumulator solarni Sole 12V 55 AH | 55Ah | 439 | 13.7 | 10.7 | 156:16 |
| 21-09-01 | RPi3B+ | Akumulator solarni Sole 12V 55 AH | 55Ah | 439 | 13.7 | 10.7 | 154:29 |
Tab 4. Statični solarni sustav s baterijom velikog kapaciteta (55Ah)
Ovakav sustav je adekvatan i održiv čak i u zimskim mjesecima, iako bi nakon šest uzastopnih 6 dana iznimno loših uvjeta u kojima se baterija ne bi mogla adekvatno napuniti sustav prestao raditi na određeno vrijeme. Ovakav sustav nije prijenosan (baterija teži cca 15 kg).
Mjerenja trajanja baterije simulacijom prometa s optimiziranim i neoptimiziranim vizualnim sadržajem
Softver za mjerenje
Zbog potencijalne nestabilnosti solarnih sustava (npr. uptime se ne zapisuje dobro ako često dolazi do gubitka energije), potrebno je namjestiti vanjski monitoring koji se napaja iz strujne mreže. Za to koristimo Nagios Core, sustav za nadzor serverske infrastrukture https://www.nagios.org/projects/nagios-core/ instaliran na Raspberry Pi računalo koji nadzire mrežu iz vana.
Simulacija prometa
Na 5 klijentskih Rpi uređaja koristi se Bash skriptu koja s RPi servera svake minute skida sadržaj (optimizirani ili neoptimizirani video), te tako simulira promet.
while true
do
wget -P /dev/shm/1 --delete-after --recursive --quiet 10.1.0.1
sleep 60
done &EOS baterije 10000 mAh = 23,25h (u teoriji) - veliki load (5 uredjaja spajaju se jednom u minuti i skidaju stranicu)
| Datum | Server | Baterija | Kapacitet | mA | Trajanje (hh:mm) |
Opterećenje | Optimiziran sadržaj |
| 21-07-27 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 439 | 015:30 | Visoko | Ne |
| 21-07-30 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 404 | 016:07 | Nisko | Ne |
| 21-07-31 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 404 | 016:15 | Nisko | Ne |
| 21-08-02 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 439 | 015:38 | Visoko | Ne |
| 21-08-07 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 439 | 015:42 | Visoko | Da |
| 21-08-08 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 439 | 015:50 | Visoko | Da |
| 21-08-10 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 439 | 015:48 | Visoko | Da |
| 21-08-11 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 404 | 015:54 | Nisko | Da |
| 21-08-14 | RPi3B+ | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 404 | 015:45 | Nisko | Da |
| 21-08-18 | Zero W | EOS 10000 mAh | 10000 mAh | 123 | 060:42 | Nisko | Da |
Tab 5. Mjerenja trajanja baterije simulacijom prometa s optimiziranim i neoptimiziranim vizualnim sadržajem
Iz mjerenja možemo uočiti da:
- optimizacija samog video materijala nema znatnog učinka na potrošnju energije prilikom prijenosa preko mreže (odstupanja su jednaka kao i u mjerenjima bez opterećenja)
- opterećenje mreže (broj klijenata i spajanja) ima blagog utjecaja (5% - 10%) što ne utječe znatno na vrijeme dostupnosti servera