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Efficienza energetica degli alimentatori ATX e degli UPS

Questo articolo va a braccetto col precedente, in quanto le considerazioni fatte qui mi hanno spinto a riprogettare l’alimentazione del server.

Quando si compra un PC, normalmente l’alimentatore è l’ultima delle preoccupazioni: più Watt riesce ad erogare, e meglio è, siccome potrà sicuramente reggere tutto l’hardware che ci collegate. In effetti, è anche giusto che sia così, siccome i PC di solito sono accesi solo poche ore al giorno (purché utilizziate la sospensione per le pause brevi, e l’ibernazione per quelle più lunghe, evitando di tenerlo acceso inutilmente quando non ci state davanti).

Quando si parla di server però, pensati per rimanere accesi costantemente, l’efficienza energetica è di importanza fondamentale, perché, fate i vostri calcoli, un singolo watt, dopo un anno, finirà per costarvi qualcosa. Con le mie stime, e vivendo in Italia, per ogni watt di consumo di ogni apparecchiatura elettrica sempre accesa, si finisce per pagare 1.75€. Non moltissimo di per sé, ma basta moltiplicarlo per 100 ed il discorso cambia.

Inoltre, più energia si spreca, più si inquina, e più si innalza la temperatura del pianeta.

Dei 100, 150, o 200W che assorbe il vostro PC, quanti pensate che servano realmente per far funzionare il PC, e quanti altri invece vengono sprecati sotto forma di calore? Per ogni ventola che dovete tenere accesa nel case, il livello degli sprechi si innalza di una tacca.

Dando per assodato lo spreco di energia dovuto ai componenti hardware, mi concentrerò in questo articolo su quello da imputare all’alimentatore, quello scatolotto che al giorno d’oggi con molta nonchalance viene venduto in tagli tra i 500W ed i 1000W. Fate un favore a voi stessi ed acquistate un wattmetro (lidlometro o come lo chiamate) e misurate la potenza assorbita dal vostro PC, sarà sicuramente molto più bassa di quella massima erogabile dall’alimentatore; più la potenza assorbita si distanzia dalla metà della potenza nominale dell’alimentatore, e più energia state sprecando come calore, siccome l’efficienza di una PSU si disegna come una curva gaussiana che ha il suo massimo (che sia il 70% dei vecchi alimentatori, o l’86% di quelli più recenti) al 50% del massimo carico. Insomma, se i componenti di un PC assorbono 100W, l’alimentatore dovreste sceglierlo da 200W (ma al giorno d’oggi è difficile trovarne, meglio allora uno dei nuovi 500W 86+).

Per fare un semplice paragone: il mio server attuale, prima che riprogettassi il sistema di alimentazione come da post precedente, era equipaggiato con un alimentatore da 350W, l’unico che avevo disponibile all’epoca, e consumava poco più di 42W in idle. Un giorno, avendo troppo tempo libero a disposizione, mi sono messo a cercare alimentatori diversi, per cui ho avuto modo di testarlo prima con uno da 250W, misurando un assorbimento di 39W, e poi con un altro, molto vecchio e probabilmente anche molto inefficiente, da nientemeno che 120W, e il consumo nonostante tutto si è abbassato ancora a 37W. Infine, non appena mi è arrivata la PicoPSU, l’ho collegata in cascata ad un mattoncino da 12V e 3A massimi, e con quello ho misurato consumi di 29W in idle, insomma 13W di risparmio rispetto all’alimentatore ATX da 350W; si traduce in un risparmio annuo di circa 23€… giusto quanto mi è costato farmi arrivare la picoPSU dagli USA. Un pareggio dopo un anno direi che è un buon break-even.

Gli UPS sono un’altra fonte di sprechi, anche se non lo sospettereste mai: il mio modello modificato con la batteria per auto assorbiva 10W aggiuntivi solo per stare a monte del PC; pensandoci, effettua una conversione aggiuntiva, da 220V a 12V, o da 12V a 220V, quindi raddoppia l’inefficienza (nel PC poi, viene riportata di nuovo da 220V a 12V). In un anno, 10W significherebbero 17€ di spesa in bolletta, più di quanto mi è costato l’alimentatore senza ventola da 12V e 120W arrivatomi dalla Cina; avevo già la batteria da auto, quindi anche in questo caso un break-even ad un anno, sostituendo all’UPS un semplice adattatore alternata/continua da 12V.

Server a basso consumo con UPS integrato a batteria per auto

Ho scritto in un altro articolo come a suo tempo ho banalmente collegato una batteria da macchina ad un vecchio UPS per dargli maggiore autonomia; in quell’occasione, diversi utenti hanno commentato quelle che secondo loro erano diverse leggerezze di progettazione.

Anche tenendo in considerazione questi commenti, stamattina ho riarrangiato il sistema di alimentazione del mio server domestico per renderlo più silenzioso, efficiente, e autonomo dai blackout.

Per aprire un excursus, molti dei commenti citati criticavano il fatto che io avessi usato dei cavi troppo sottili per collegare la batteria, con la motivazione che, avendo una batteria per auto la capacità di fornire una corrente di molti ampere, i suddetti cavi potrebbero surriscaldarsi fino a provocare un incendio. All’inizio ho passivamente accettato le loro ragioni, ma poi mi sono ricreduto, e vorrei che gli autori di quei commenti tornassero coi piedi per terra: non stiamo parlando di mandare in corto i poli della batteria a scopo di test, ma di utilizzarla per un carico giornaliero normale, in particolar modo visto che si tratta di un server a basso consumo che assieme a tutti gli accessori assorbe un massimo di 60W, che corrispondono a 5ampere con una tensione di 12V.
Entri la PicoPSU: con un gingillo grosso come una fagiolo si ottengono carichi massimi di 95W (col modello che ho io, altrimenti ce ne sono fino a 160W), che corrispondono a 8 ampere con 12V. C’è in altre parole una corrente di 8 ampere che passa attraverso i cavetti del connettore dei 12V della PicoPSU… ora per favore andate a vedere quanto sono spessi quei cavi. Se quello spessore è sufficiente per ben 8 ampere, com’è possibile che i cavi per la 220 non siano sufficienti per 5 ampere? (al massimo, siccome siamo a meno di 4 normalmente)

Tornando a noi, il mio scopo era di risparmiare il più possibile sugli sprechi di corrente, ed avere un PC silenzioso che può reggere blackout di durata significativa.

Ingredienti:

  1. La vostra configurazione favorita per compiti di home server/automazione (io ho acquistato una scheda D510MO della Intel, con l’Atom D510 64bit dualcore, ho aggiunto 2GB di RAM, una scheda di acquisizione video PCI, ed un disco da 2TB Samsung, il più economico che ho trovato)
  2. Un alimentatore di tipo picoPSU (ho comprato per circa 20€ dagli Stati Uniti una PicoPSU80, con erogazione massima di 95W, ma me ne servono molti di meno)
  3. Un alimentatore decente da 12V, meglio se senza ventola, che è in grado di sostenere il carico di cui avete bisogno, e qualcosa in più (il mio è arrivato dalla Cina per 15 euro, ma è marchiato ISO e CE, e oltre alla qualità costruttiva che appare buona, può erogare fino a 120W, cioè 10A@12V)
  4. Una batteria da macchina, che non deve essere nuova, ma almeno in grado di mantenere la carica per un tempo sufficiente, altrimenti non ci serve a nulla

Andiamo avanti.

server insides
Questo è l'aspetto desertico del case tower (cortesia di qualcuno che l'aveva abbandonato vicino ad un cassonetto), ho spazio a sufficienza, e poi voglio che l'aria circoli liberamente all'interno senza bisogno di ventole.
connettore a barilotto da 12v barrel applicato al case
Dettaglio: ho usato un trapano per allargare il foro già esistente di una vite del vecchio alimentatore ATX, ed ho inserito lo spinotto della PicoPSU. Notare quanto sono sottili i cavetti che escono dal connettore (apparentemente vanno benissimo per una corrente di 8 ampere).

NOTA BENE: ATTENZIONE nell’effettuare il passaggio successivo: mai, Mai, MAI fare in modo tale che i poli della batteria entrino direttamente in contatto tra loro, altrimenti vi attendono BRUTTE SORPRESE, inclusi, ma non solo: shock elettrici, incendi, strumenti saldati tra loro o ai poli della batteria o ad eventuali anelli (MAI indossare anelli o simili cose metalliche durante questi lavori). Altro suggerimento: mentre connettete i cavi alla batteria, assicuratevi che l’estremità opposta o non sia stata scoperta, o se l’avete già spellata, metteteci prima sopra del nastro isolante per non fargli fare contatto altrove; questo è particolarmente vero una volta connessi entrambi i cavi, siccome potrebbero andare in corto tra loro. Quando vi apprestate a collegare la batteria al carico, scoprite una estremità alla volta (prima la positiva, poi la negativa) e mai entrambe.

polo negativo batteria auto
Nell'articolo "UPS con batteria per auto" che ho scritto in passato, diverse persone mi hanno criticato per come ho connesso la batteria. Questa volta ho usato dei cavi tre volte più spessi, e siccome non avevo morsetti da batteria, e non mi andava di acquistarli né smontarli da qualcos'altro, ho banalmente avvolto il rame del cavo attorno al polo della batteria. Brutto, ma perfettamente funzionale (provate a dimostrare il contrario). Di quella dimensione avevo solo cavi di terra, quindi li ho marcati con del nastro isolante colorato per distinguerli.
batteria macchina cablata
Sexy. Questo è il risultato finale: non avevo nastro isolante rosso, così ho usato il nero per il negativo ed il bianco per il positivo.
alimentatore 12V 10A 120W cablato
Il pannello dei cablaggi dell'alimentatore, il cavo bianco è l'ingresso dei 220V, i cavi di terra vanno alla batteria, e quelli grigi al carico (server + monitor lcd + modem/router + altre cose). Prima che cominciate a criticarne la bruttezza: non mi interessa, basta che funzioni e sia sicuro. Inoltre, anche se non è visibile nella foto, ogni cavo ha delle strisce ripetute di nastro adesivo bianco o nero per distinguerne la polarità positiva o negativa.

I risultati sono questi: ho collegato la batteria con l’alimentatore che teneva acceso il server e non c’è stato nessun problema; dopo di questo il wattmetro che stavo usando ha immediatamente iniziato a misurare un consumo inferiore, siccome la batteria per auto, carica, ha iniziato a condividere il carico con l’alimentatore da 12V. Con questa configurazione, è possibile staccare e riattaccare la presa della 220V in qualunque momento senza che accada nulla: il carico, l’alimentatore e la batteria sono in parallelo, per cui se la corrente manca, la batteria sostiene automaticamente tutto il carico.

Attualmente, il wattmetro continua a mostrare un carico molto inferiore rispetto a quello rilevato senza batteria in parallelo; mi attendo che questo salga progressivamente fino al valore totale, cioè leggermente superiore ai 42W (il consumo delle apparecchiature collegate, più una certa quantità necessaria a mantenere carica la batteria).

 

Cosa avreste cambiato, cosa vi piace, e cosa non vi piace di questo lavoro?

Questo è l’aspetto desertico del case tower (cortesia di qualcuno che l’aveva abbandonato vicino ad un cassonetto), ho spazio a sufficienza, e poi voglio che l’aria circoli liberamente all’interno senza bisogno di ventole.

UPS e batteria per auto, come potenziare la riserva d’emergenza

AGGIORNAMENTO: ho scritto un altro articolo che espande e potenzia questa idea, lo trovate qui.

E’ da un po’ che avevo un UPS accantonato in un angolo, perché la batteria interna non ne voleva sapere di reggere un pc neppure per un paio di secondi; ed era da un po’ che mi ero ripromesso di comprare prima o poi da ebay o altrove una batteria di ricambio, ma desistevo sempre visti i prezzi poco invitanti; intanto il mio piccolo server domestico continuava a spegnersi occasionalmente per blackout o cali di tensione.

L’altro giorno ho trovato una batteria da macchina buttata in un angolo; in casa abbiamo alcune batterie per auto ferme e inutilizzate anche se funzionanti, che teniamo come scorta in caso dovessero servire, e sono tutte di risulta, assolutamente non nuove, ma smontate da macchine vecchie e dismesse, quindi anche se non sono vergini, si trovano in condizioni di perfetta usabilità.

car battery
Quando ho visto questo macigno mi è venuto subito in mente di vedere se era carico e funzionante, e di collegarlo all'ups fermo ormai da anni

Teoricamente, la batteria per macchina è da 12V, si tratta pur sempre di un accumulatore al piombo, e quindi non dovrebbe esserci alcuna limitazione al suo uso in abbinamento ad un normale UPS per computer, ma mi sono documentato per sicurezza su diversi siti, ed ho visto che effettivamente controindicazioni non ne esistono (in realtà le batterie per auto sono fatte apposta per sostenere assorbimenti anche elevati ma occasionali e di breve durata, ed essere ricaricate molto spesso, e questo coincide quasi sempre con lo schema di uso di un UPS), ma potrebbe, in teoria, forse, esserci un minimo rischio di emissione di vapori tossici, correlato alla presenza di acido dentro la batteria; in altre parole non succede assolutamente nulla, ma sarebbe consigliabile che il sistema si trovasse in un locale non di soggiorno, e/o ben arieggiato; al massimo, si può tenere l’UPS vicino al pc, ed avere un cavo esterno abbastanza lungo per collocare la batteria in un ambiente diverso; nel mio caso il locale del server non è molto vissuto, e quindi non ci sono questi problemi.

Dopo aver rimosso i morsetti dalla batteria semimorta, ho collegato due cavi (meglio se sufficientemente spessi) ai morsetti stessi, ed isolato il tutto con una pistola per colla a caldo (la migliore amica dell'uomo)
ups battery cables outlet
Ho deciso di far uscire i cavi della batteria dal pannello frontale, siccome quello posteriore era già sovraffollato di prese a 220V, quindi ho fatto un buco con un dremel e bloccato con colla a caldo
car battery homemade contacts
Ho usato una piccola staffa metallica per ricavare due molle ad anello collegate ai cavi, isolati con colla a caldo, per essere agganciate poi sui poli della batteria, il risultato non sarà bellissimo ma è perfettamente funzionale
ups car battery setup
Questo è l'aspetto finito, la larghezza della batteria è pressappoco pari a quella dell'UPS, quindi si accoppiano abbastanza bene assieme; avrei potuto trovare dei cavi più lunghi (vanno benissimo anche quelli per l'impianto della 220V), per posizionare la batteria in un altro ambiene più sicuro, o al massimo anche fuori casa

Il sistema funziona perfettamente: laddove con la vecchia batteria, appena staccata la corrente il pc si spegneva immediatamente, con questo accrocco avviene correttamente il passaggio all’alimentazione a batteria; non ho testato l’autonomia totale, siccome francamente non mi interessa (e non voglio stressare inutilmente la batteria riducendone la vita residua), visto che i blackout sono al massimo di qualche minuto, ma stimo che dovrebbe poter durare tra i 30 ed i 60 minuti.

Un dettaglio degno di nota: appena collegata la batteria nella fase di test, anche se era completamente carica, l’UPS non voleva accendersi, e pensavo che ci fosse un problema nel sistema, ma nulla di più falso, infatti semplicemente il mio UPS non si accende “a freddo”, cioè deve essere collegato ad una tensione funzionante di 220V per avviarsi per la prima volta (una cosa piuttosto sciocca a mio parere), ma se il vostro ha lo stesso problema, semplicemente provate a collegarlo alla 220V per avviarlo, prima di darvi per vinti.

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