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Neuerstellung der solarbetriebenen Website

Tue, 13 Jun 2023 00:00:00 +0000

Ein Screenshot der Markdown-Datei von dieser Seite.

In den letzten Monaten haben wir daran gearbeitet, die solarbetriebene Website von einem statischen Website-Generator (Pelican) auf einen anderen (Hugo) umzustellen. Viele Leser werden die Änderungen nicht sofort bemerken, da wir keine größeren Anpassungen am Design vorgenommen haben. Dennoch hat uns die neue Plattform ermöglicht, auf Grundlage des Feedbacks, das wir im Laufe der Jahre erhalten haben, einige Probleme anzugehen.

Die neue Solar-Website wurde von Marie Otsuka und Roel Roscam Abbing entworfen, den gleichen Personen, die auch hinter dem ersten Solar-Design standen. Marie Verdeil unterstützte den gesamten Prozess und koordinierte die Migration der Website.

Umstellung auf eine neue Plattform

Die ursprüngliche Solar-Website, die 2018 veröffentlicht wurde, lief auf einem statischen Website-Generator namens Pelican. Obwohl dies eine gute Wahl für relativ kleine Websites ist, ist die solarbetriebene Version von Low-tech Magazine im Laufe der Zeit erheblich gewachsen. Anfangs enthielt die Website nur eine Auswahl englischsprachiger Artikel. Im Laufe der Zeit wurde sie jedoch erweitert, um nicht nur mehr englischsprachige Artikel, sondern auch Übersetzungen in fünf weiteren Sprachen einzubeziehen. Das Veröffentlichen von Artikeln und das Einpflegen von Änderungen auf einer so großen Website wurde zunehmend zu einem umständlichen Prozess. Zum Beispiel dauerte es mehr als eine Stunde, um die Website bei Änderungen neu zu generieren, selbst wenn wir nur einen Kommentar hinzugefügt hatten.

Hugo ist ein statischer Website-Generator, der in einer schnelleren Programmiersprache geschrieben ist. In Pelican kamen viele der Funktionen, die wir für die Website benötigten (wie die Unterstützung von mehreren Sprachvarianten und Bildkompression) aus Plugins unterschiedlicher Qualität. Dabei sind wir im Laufe der Zeit an Grenzen gestoßen. Bei Hugo sind diese Anforderungen bereits als Grundfunktionen abgedeckt. Durch den Wechsel zu Hugo konnten wir die Generierungszeit auf dem Server von über einer Stunde auf etwa zwölf Minuten reduzieren. Auf einem modernen Laptop liegt der Unterschied zwischen mehreren Minuten und mehreren Sekunden.¹

Abgesehen von schnelleren Website-Builds ermöglicht Hugo eine bessere Organisation der Inhalte und ist flexibler bei der Erzeugung von Übersichtseiten. Dies ermöglichte uns zum Beispiel, Seiten zu erstellen, auf denen die verschiedenen Mitwirkenden und Übersetzer*innen des Magazins hervorgehoben werden. Die Migration aller Inhalte von Pelican nach Hugo war jedoch ziemlich zeitaufwändig. Dies lag an subtilen Unterschieden im Format der Metadaten sowie an unserer Implementierung, die eigene Shortcodes erfordert, um Bilder, Bildunterschriften und Links anzeigen zu können. Wir haben die Mehrheit der Artikel von einer Plattform auf die andere mit einem eigenen Skript konvertiert, aber es dauerte weitere zwei Monate, um Fehler bei der automatischen Migration zu erkennen und manuell zu beheben.

Designänderungen

Batterieanzeige

Der Relaunch ermöglichte es uns, zwei Designprobleme anzugehen, die in den letzten Jahren regelmäßig im Feedback aufgetaucht sind. Das erste betrifft die Batterieanzeige, die den Ladezustand unseres autarken Webservers durchscheinen lässt. Einige Leute fanden, dass sie den Lesevorgang störte, besonders wenn sie sich auf halber Höhe befand. Die Batterieanzeige bleibt ein grundlegender Bestandteil unseres Designs und macht die materielle Infrastruktur sichtbar, die die Website trägt. Allerdings befindet sie sich nun oben im Dokument und bewegt sich nicht mehr mit, während man in einem Artikel nach unten scrollt. So wird die Lesbarkeit des Textes nicht mehr beeinträchtigt.

Bilder

Die zweite und größte Designverbesserung betrifft die Bilder. Die Bildkompression mit Dithering funktioniert für viele Bilder gut und macht Schwarz-Weiß-Bilder sogar interessanter. Allerdings werden manche Bilder dadurch schwer zu erkennen. Dies gilt insbesondere für Grafiken, die unleserlich werden können, wenn sie nicht schon mit Dithering im Hinterkopf entworfen wurden. Bei einigen anderen Bildern gehen Informationen durch den Dithering-Prozess verloren – beispielsweise wenn Farben verwendet werden, um etwas auszudrücken.

Das neue Design ermöglicht es Besucher*innen, die Dithering-Kompression für einzelne Bilder auszuschalten und das Originalfoto oder die Originalillustration anzuzeigen. Die Originalbilder, die wir zeigen, sind konventionell komprimiert und etwas größer als die Bilder mit Dithering. Das Anzeigen der Originalbilder erhöht also die Belastung unseres Servers. Es bleibt abzuwarten, wie sich dies auf den Energieverbrauch und die Verfügbarkeit der Solar-Website auswirken wird.

Außerdem gehen die Bilder nicht mehr über die gesamten Bildschirmbreite, was sinnvoller ist, wenn die Website auf einem großen PC-Monitor betrachtet wird.

Quellcode

Wie beim ursprünglichen Pelican-Theme geben wir das Hugo-Theme als Open-Source-Software frei. Das ursprüngliche Solar-Web-Theme und die Plugins bleiben verfügbar, werden aber nicht mehr aktualisiert und gepflegt.

Low-tech Magazine auf 1 Website betreiben

Diese umfangreiche Neugestaltung ist der vorletzte Schritt hin zum Betrieb von Low-tech Magazine auf nur einer einzigen (solarbetriebenen) Website. Seit dem Start der solarbetriebenen Website im Jahr 2018 ist die alte (englischsprachige) Website online und auf dem neuesten Stand geblieben. Dies ist aus mehreren Gründen problematisch.

Erstens widerspricht es unserem Ziel, den ökologischen Fußabdruck der Publikation zu verringern, wenn wir zwei ähnliche Websites betreiben. Zumal die ursprüngliche Website – eine dynamische Website, die auf der Blogging-Plattform TypePad gehostet wird – nicht gerade leichtgewichtig ist. Eine zweite Website, die mit Netzstrom betrieben wird, passt außerdem nicht zu der Idee, offline zu gehen, wenn das Wetter schlecht ist. Die alte Website bleibt unabhängig vom Wetter online. Zweitens erfordert die Aktualisierung von zwei Websites viel zusätzliche Arbeit, die besser dem Schreiben und Recherchieren gewidmet wäre. Das Layout für jeden Artikel muss zweimal auf verschiedenen Plattformen erstellt werden. Kommentare und Änderungen an den Artikeln müssen ebenfalls auf beiden Plattformen aktualisiert werden.

Die höhere Qualität der Bilder war einer der Hauptgründe, um die alte Website weiter zu pflegen. Jetzt, da die Originalbilder auf der solarbetriebenen Website angezeigt werden können, aktualisieren wir die alte Website nicht mehr. Ab sofort erscheinen neue Inhalte (einschließlich Kommentare zu älteren Artikeln) nur noch auf der solarbetriebenen Website. Die TypePad Website bleibt noch bis zum Sommer online. Dann planen wir, den Teil des Archivs, der bisher noch nicht in statische Webseiten konvertiert wurde, ebenfalls zu verschieben. Es handelt sich größtenteils um Artikel und Seiten aus den Anfangstagen.

Für die meisten Sprachen wurde der Wechsel zur solarbetriebenen Website bereits abgeschlossen und die betreffenden Bereiche wurden geschlossen. Die einzige Ausnahme bildet die ursprüngliche niederländischsprachige Website, die nicht mehr aktualisiert wird, aber online bleibt (ebenfalls gehostet auf TypePad), um den Zugriff auf ältere Artikel zu ermöglichen. Aufgrund der großen Anzahl von Originalartikeln auf dieser Website wird sie als letzte der ursprünglichen Websites verschwinden – wenn überhaupt. Sie hat immer noch das ursprüngliche Design von 2007.

Benutzerfreundlichkeit

Das neue Solar-Design bringt den Lesern von Low-tech Magazine nur Vorteile. Allerdings fällt die Bilanz auf der Herausgeberseite weniger erfreulich aus. Eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit für die Besucher*innen geht teilweise zu Lasten der Benutzerfreundlichkeit für den Autor. Die von Hugo verwendeten Shortcodes sind deutlich umständlicher als die Syntax, die von Pelican verwendet wird, und das erhöht den Zeitaufwand für das Layouten eines Artikels. Dies macht zum Teil den Zeitgewinn zunichte, der durch das Wegfallen der Aktualisierung der zweiten Website entsteht.

Statische Websites sind viel energieeffizienter als dynamische Websites. Dennoch haben statische Website-Generatoren noch einen langen Weg vor sich, was die Benutzerfreundlichkeit betrifft, bevor sie mainstreamtauglich werden und mit Tools wie WordPress konkurrieren können. In den fünf Jahren zwischen unserer ersten Veröffentlichung und dieser Version ist überraschenderweise keine robuste und benutzerfreundliche Anwendung für statische Website-Generatoren erschienen, die unseren aktuellen Workflow ersetzen könnte. Es gibt zwar mehrere Projekte, aber diese sind alle von proprietären Cloud-Services abhängig. Es gibt bei statischen Website-Generatoren immer noch viel Raum für Fortschritte bei der Entwicklung benutzerfreundlicher grafischer Benutzeroberflächen.

In den kommenden Monaten werden wir versuchen, noch Dinge auf der Herausgeberseite zu verbessern, und wie immer freuen wir uns über Euer Feedback und Eure Vorschläge. Bitte teilt uns auch Fehler oder Inkonsistenzen mit, die uns bei der Migration entgangen sind. Vielen Dank an alle, die dieses Projekt im Laufe der Jahre unterstützt haben.

Um den Unterschied zu verstehen, haben wir sowohl die Hugo- als auch die Pelican-Seitengeneratoren in einem Experiment getestet. Der Pelican-Build basiert auf dem Solar-Theme und den Plugins. Der Hugo-Build basiert auf dem Solar_v2-Theme sowie Skripten zur Dithering- und Dateigrößenberechnung, wie sie im Build-Skript definiert sind. Beide Websites enthalten 447 Artikel in verschiedenen Sprachen und mehr als 1500 Bilder. Die Ergebnisse des Experiments sind in der folgenden Tabelle sichtbar. Die ersten beiden Zeilen zeigen, wie lange es dauert, die Website initial zu generieren. Beim ersten Ausführen müssen alle Ressourcen generiert und Bilder komprimiert werden, was länger dauert als spätere Ausführungen, bei denen die Ressourcen zwischengespeichert sind. Die letzten beiden Zeilen zeigen die Generierungszeiten, wenn die Ressourcen bereits zwischengespeichert sind. Die angezeigten Zeiten sind der Durchschnittswert von drei Durchläufen auf dem Solar-Server (ein A20-Prozessor mit zwei 1-GHz-Kernen und 1 GB RAM) und einem modernen Laptop (ein Intel i7-8650U-Prozessor mit vier Kernen mit 1,9 GHz und 32 GB RAM). Das Generieren der Hugo-Site auf dem Solar-Server ohne zwischengespeicherte Ressourcen ist nicht möglich, da der Prozess entweder den Speicher übersteigt oder das Timeout-Limit von Hugo überschreitet. In diesem Fall muss der Befehl mehrmals hintereinander ausgeführt werden. Obwohl es so aussieht, als ob Hugo auf dem Laptop langsamer ist als Pelican, lässt sich das wahrscheinlich damit erklären, dass die Hugo-Site sowohl eine Dithering-Logik als auch eine andere Kompressionslogik für die Bilder verwendet. Bei Pelican werden Bilder nur gedithert und Originale nicht erneut komprimiert.

	Hugo	Pelican
Solar Server (erster Durchlauf)	-	100 Minuten, 47 Sekunden
Moderner Laptop (erster Durchlauf)	13 Minuten, 31 Sekunden	12 Minuten, 53 Sekunden
Solar Server (zwischengespeichert)	11 Minuten, 57 Sekunden	68 Minuten, 47 Sekunden
Moderner Laptop (zwischengespeichert)	46 Sekunden	04 Minuten, 57 Sekunden

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Wie und warum ich keine neuen Laptops mehr kaufe

Sun, 20 Dec 2020 00:00:00 +0000

Bild: Das Low-tech Magazin wird jetzt auf einem 2006er ThinkPad X60s geschrieben und veröffentlicht.

Als unabhängiger Journalist – oder als Büroangestellter, wenn Sie so wollen – war ich immer überzeugt, dass ich einen ordentlichen Computer brauche und dass ich für Qualität bezahlen muss. Zwischen 2000 und 2017 habe ich drei Laptops verbraucht, die ich im Neuzustand gekauft habe und die mich insgesamt etwa 5.000 Euro gekostet haben - etwa 300 Euro pro Jahr über den gesamten Zeitraum. Die durchschnittliche Nutzungsdauer meiner drei Laptops betrug 5,7 Jahre.

Im Jahr 2017, irgendwann nachdem ich mein Büro, habe ich beschlossen, keine neuen Laptops mehr zu kaufen. Stattdessen bin ich auf ein gebrauchtes Gerät aus dem Jahr 2006 umgestiegen, das ich online für 50 Euro gekauft habe und das alles tut, was ich will und brauche. Dazu kamen noch ein neuer Akku und ein einfaches Hardware-Upgrade, so dass ich insgesamt weniger als 150 Euro ausgegeben habe.

Wenn mein Laptop aus dem Jahr 2006 so lange hält wie meine anderen Geräte - wenn er also noch 1,7 Jahre läuft - dann hat er mich nur 26 Euro pro Jahr gekostet. Das ist gut zehnmal weniger als die Kosten für meine vorherigen Laptops. In diesem Artikel erkläre ich meine Beweggründe, keine neuen Laptops zu kaufen und wie Sie das auch tun könnten.

Energie- und Materialverbrauch eines Laptops

Der Verzicht auf einen neuen Laptop spart viel Geld und bedeutet weniger Ressourcenverbrauch und Umweltzerstörung. Laut der neuesten Lebenszyklusanalyse werden für die Herstellung eines Laptops 3.010 bis 4.340 Megajoule Primärenergie benötigt - dazu gehören der Abbau der Materialien, die Herstellung des Geräts und die Markteinführung. ¹

Jedes Jahr kaufen wir zwischen 160 und 200 Millionen Laptops. Unter Verwendung der oben genannten Daten bedeutet dies, dass die Herstellung von Laptops einen jährlichen Energieverbrauch von 480 bis 868 Petajoule erfordert, was zwischen einem Viertel und fast der Hälfte der gesamten 2018 weltweit produzierten PV-Solarenergie (2.023 Petajoule) entspricht. ² Die Herstellung eines Laptops ist auch mit einem hohen Materialverbrauch verbunden, der eine Vielzahl von Mineralien umfasst, die aufgrund verschiedener Arten von Einschränkungen als knapp eingeschätzt werden können: wirtschaftlich, sozial, geochemisch und geopolitisch. ³ ⁴

Die Herstellung von Mikrochips ist ein sehr energie- und materialintensiver Prozess, aber das ist nicht das einzige Problem. Der hohe Ressourcenverbrauch von Laptops entsteht auch durch die sehr kurze Lebensdauer. Die meisten der 160-200 Millionen Laptops, die jedes Jahr verkauft werden, sind Ersatzkäufe. Der durchschnittliche Laptop wird alle 3 Jahre (in Unternehmen) bis fünf Jahre (anderswo) ersetzt. ³ Meine Erfahrung mit 5,7 Jahren pro Laptop ist hier keine Ausnahme.

Laptops ändern sich nicht

Die zitierte Studie stammt aus dem Jahr 2011 und bezieht sich auf ein Gerät aus dem Jahr 2001: ein Dell Inspiron 2500. Es sei Ihnen verziehen, wenn Sie denken, dass diese “neueste Lebenszyklusanalyse eines Laptops” veraltet ist, aber das ist sie nicht. Eine Forschungsarbeit aus dem Jahr 2015 fand heraus, dass die graue Energie von Laptops im Laufe der Zeit statisch ist. ⁵

Die Wissenschaftler zerlegten elf Laptops ähnlicher Größe, hergestellt zwischen 1999 und 2008, und wogen die verschiedenen Bestandteile. Außerdem maßen sie die Silizium-Chip-Fläche für alle Hauptplatinen und 30 DRAM-Karten, die in etwa demselben Zeitraum (bis 2011) hergestellt wurden. Sie fanden heraus, dass sich die Masse und die Materialzusammensetzung aller wichtigen Bestandteile - Akku, Hauptplatine, Festplatte, Speicher - nicht bedeutend verändert haben, obwohl die Herstellungsprozesse hinsichtlich Energie- und Materialverbrauch effizienter wurden.

Der Grund dafür ist einfach: Verbesserungen in der Funktionsfähigkeit gleichen die verbesserte Wirtschaftlichkeit im Herstellungsprozess wieder aus. Die Masse des Akkus, des Arbeitsspeichers und des Festplattenlaufwerks wurden pro Funktionseinheit geringer, die insgesamte Masse pro Jahr blieb aber in etwa gleich. Diese Entwicklung erklärt auch warum neuere Laptops im Vergleich zu älteren Laptops keinen geringeren Stromverbrauch im Betrieb aufweisen. Eine einzelne Rechenoperation eines neuen Laptops hat zwar einen geringeren Energieverbrauch, aber diese Gewinne werden durch mehr Rechenoperationen wieder ausgeglichen. Jevons Paradoxon ist nirgendwo so offensichtlich wie in der Informatik.

Die Herausforderung

All dies bedeutet, dass es weder umweltfreundlich ist noch einen finanziellen Vorteil bringt, einen alten Laptop durch einen neuen zu ersetzen. Im Gegenteil ist das Einzige, was ein Verbraucher tun kann, um die Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit seines Laptops zu verbessern, ihn so lange wie möglich zu nutzen. Dies wird durch die Tatsache erleichtert, dass Laptops mittlerweile eine ausgereifte Technologie sind und mehr als genug Rechenleistung besitzen. Allerdings gibt es ein Problem. Verbraucher, die versuchen, mit ihren alten Laptops weiterzuarbeiten, werden am Ende wahrscheinlich frustriert aufgeben. Ich erkläre im Folgenden kurz meine enttäuschenden Erlebnisse, und ich bin mir ziemlich sicher, dass sie keine Ausnahme sind.

Bild: Die drei Laptops, die ich von 2000 bis 2017 verwendet habe.

Mein erster Laptop: ein Apple iBook (2000-2005)

Im Jahr 2000, als ich als freier Wissenschafts- und Technikjournalist in Belgien arbeitete, kaufte ich meinen ersten Laptop, ein Apple iBook. Nach nicht viel mehr als zwei oder drei Jahren funktionierte das Ladegerät nicht mehr. Als ich über den Preis für ein neues Ladegerät informiert wurde, war ich von Apples Verkaufspraktiken so angewidert - Ladegeräte sind sehr billig in der Herstellung, aber Apple verkauft sie für viel Geld - dass ich mich weigerte, es zu kaufen. Stattdessen schaffte ich es, das Ladegerät noch ein paar Jahre lang funktionsfähig zu halten, indem ich es mit Büchern und Möbeln beschwerte, und als das nicht mehr funktionierte, es mit einer fest angezogenen Klemme zusammenhielt.

Mein zweiter Laptop: ein IBM ThinkPad R52 (2005-2013)

Als das Ladegerät 2005 schließlich ganz kaputt ging, beschloss ich, mich nach einem neuen Laptop umzusehen. Ich hatte nur eine Bedingung: Er sollte ein Ladegerät haben, das lange hält oder zumindest günstig zu ersetzen ist. Ich fand mehr als das. Ich kaufte ein IBM Thinkpad R52, und es war Liebe auf den ersten Gebrauch. Mein Laptop von IBM war das Gegenstück zum iBook von Apple, nicht nur in Bezug auf das Design (ein rechteckiger Kasten, der in allen Farben erhältlich ist, solange er schwarz ist). Viel wichtiger war, dass das gesamte Gerät dazu gebaut war haltbar, zuverlässig und reparierbar zu sein.

Zirkuläre und modulare Produkte sind derzeit in aller Munde, könnte ihre Lebensdauer endlos verlängert werden, indem man nach und nach alle Teile, aus denen sie besteht, repariert und ersetzt. Die Frage ist nicht, wie wir uns in Richtung einer Kreislaufwirtschaft entwickeln können, sondern warum wir uns immer weiter davon wegentwickeln.

Die Frage ist nicht, wie wir uns zu einer Kreislaufwirtschaft entwickeln können, sondern warum wir uns immer weiter davon wegentwickeln.

Mein Thinkpad war in der Anschaffung teurer als mein iBook, aber wenigstens habe ich nicht so viel Geld für ein niedliches Design, sondern für einen anständigen Computer ausgegeben. Das Ladegerät machte keine Probleme, und als ich es während einer Reise verlor und ein neues kaufen musste, konnte ich dies zu einem fairen Preis tun. Ich ahnte nicht, dass mein glücklicher Kauf ein einmaliges Erlebnis werden würde.

Bild: der IBM ThinkPad R52 aus dem Jahr 2005.

Mein dritter Laptop: der Lenovo Thinkpad T430 (2013-2017)

Schneller Vorlauf ins Jahr 2013. Ich lebe jetzt in Spanien und betreibe das Low-tech Magazine. Ich arbeite immer noch an meinem IBM Thinkpad R52, aber in der Ferne zeichnen sich einige Probleme ab. Erstens wird mich Microsoft bald dazu zwingen, mein Betriebssystem zu aktualisieren, weil der Support für Windows XP 2014 endet. Ich habe keine Lust, ein paar hundert Euro für ein neues Betriebssystem auszugeben, das meinen alten Laptop ohnehin überfordern würde. Außerdem war der Laptop etwas langsam geworden, auch nachdem er auf die Werkseinstellungen zurückgesetzt worden war. Kurzum, ich beging den Fehler in die Falle zu tappen, die uns die Hard- und Softwareindustrie gestellt hat: ich dachte ich brauche einen neuen Laptop.

Da ich mein Thinkpad so sehr mochte, war es nur logisch, dass ich mir ein neues zulegte. Hier ist das Problem: 2005, kurz nachdem ich mein erstes Thinkpad gekauft hatte, kaufte Lenovo, ein chinesischer Hersteller, der jetzt der größte Computerhersteller der Welt ist, das PC-Geschäft von IBM. Chinesische Firmen haben nicht den Ruf, Qualitätsprodukte zu bauen, schon gar nicht zu dieser Zeit. Da Lenovo jedoch immer noch Thinkpads verkaufte, die fast identisch wie die von IBM gebauten aussahen, beschloss ich mein Glück zu versuchen und kaufte im April 2013 ein Lenovo Thinkpad T430. Der Preis war happig, aber ich nahm an, dass Qualität bezahlt werden muss.

Schnell stellte sich mein Irrtum heraus. Ich musste den neuen Laptop zweimal zurückschicken, weil sein Gehäuse verformt war. Als ich endlich einen bekam, der nicht auf meinem Schreibtisch wackelte, hatte ich schnell ein weiteres Problem: Die Tasten brachen ab. Ich kann mich noch gut daran erinnern, wie fassungslos ich war, als es zum ersten Mal passierte. Das IBM Thinkpad ist für seine robuste Tastatur bekannt. Wenn man sie kaputt machen will, braucht man einen Hammer. Lenovo fand das offensichtlich nicht so wichtig und hatte die Tastatur still und heimlich durch eine minderwertige ersetzt. Wohlgemerkt, ich kann ein aggressiver Tipper sein, aber ich habe davor und danach niemals eine Tastatur kaputt gemacht.

Mürrisch bestellte ich eine Ersatztaste für 15 Euro. Ab da nahmen Ersatztasten einen festen Platz in meinen monatlichen Ausgaben ein. Nachdem ich mehr als 100 Euro für Kunststofftasten ausgegeben hatte, die bald wieder kaputt gehen würden, rechnete ich aus, dass meine Tastatur 90 Tasten hatte und dass es mich 1.350 Euro kosten würde, sie alle nur einmal zu ersetzen. Ich hörte auf, die Tastatur zu benutzen und fand vorübergehend eine Lösung mit einer externen Tastatur. Das war aber unpraktisch, vor allem für die Arbeit außer Haus - und warum sollte ich sonst einen Laptop wollen?

Es führte kein Weg mehr daran vorbei: Ich brauchte einen neuen Laptop. Schon wieder. Aber welchen? Sicherlich würde es nicht einer von Lenovo oder Apple sein.

Bild: alle Tasten auf dem Lenovo T430 zu ersetzen hätte mich 1.350 Euro gekostet.

Mein vierter Laptop: der IBM Thinkpad X60s (2017-jetzt)

Nach vielem, erfolglosem Suchen beschloss ich in der Zeit zurückzugehen. Inzwischen war mir klar geworden, dass neue Laptops im Vergleich zu älteren Laptops von minderer Qualität sind, auch wenn sie einen viel höheren Preis haben. Ich fand heraus, dass Lenovo die Tastaturen um 2011 herum umstellte und begann, auf Auktionsseiten nach Thinkpads zu suchen, die vor diesem Jahr gebaut wurden. Ich hätte zurück zu meinem ThinkPad R52 aus dem Jahr 2005 wechseln können, aber inzwischen hatte ich mich an eine spanische Tastatur gewöhnt, und das R52 hatte eine belgische.

Im April 2017 entschied ich mich für ein gebrauchtes Thinkpad X60s aus dem Jahr 2006. ⁶ Mit Dezember 2020 ist das Gerät fast 4 Jahre in Betrieb und 14 Jahre alt - drei bis fünf Mal älter als der durchschnittliche Laptop. Wenn ich mein Thinkpad R52 aus dem Jahr 2005 geliebt habe, vergöttere ich mein Thinkpad X60s aus dem Jahr 2006. Es ist genauso robust gebaut - es hat schon einen Sturz von einem Tisch auf einen Betonboden überlebt - aber es ist viel kleiner und auch leichter: 1,43 kg vs. 3,2 kg.

Mein 2006er Thinkpad X60s macht alles was ich will. Ich benutze es, um Artikel zu schreiben, zu recherchieren und die Webseiten zu betreiben. Ich habe es auch schon auf der Bühne benutzt, um Vorträge zu halten und Bilder auf einen großen Bildschirm zu projizieren. Es gibt nur eine Sache, die an meinem Laptop fehlt, besonders heutzutage, und das ist eine Webcam. Ich löse das Problem, indem ich den verfluchten 2013er-Laptop mit den kaputten Tasten hochfahre, wann immer ich ihn brauche, weil ich froh bin, ihn auch ohne Tastatur benutzen zu können. Es könnte auch durch einen Wechsel zum Thinkpad X200 aus dem Jahr 2008 gelöst werden, das eine neuere Version des gleichen Modells ist und eine Webcam hat.

Bild: Mein ThinkPad X60s.

Wie man einen alten Laptop so zum Laufen bringt als wäre er neu

Keinen neuen Laptop zu kaufen ist nicht so einfach wie einen gebrauchten Laptop zu kaufen. Es ist ratsam, die Hardware aufzurüsten, und es ist unerlässlich die Software abzuspecken. Es gibt zwei Dinge, die Sie tun müssen:

1. Verwenden Sie Software mit niedrigem Energieverbrauch

Auf meinem Laptop läuft Linux Lite eines von mehreren quelloffenen Betriebssystemen speziell für alte Computer Die Verwendung eines Linux-Betriebssystems ist kein bloßer Vorschlag. Es gibt keine Möglichkeit, einen alten Laptop wieder zum Leben zu erwecken wenn Sie an Microsoft Windows oder Apple OS festhalten, weil das Gerät sofort einfrieren würde. Linux Lite hat zwar nicht die auffällige Optik der neuesten Apple- und Windows-Oberflächen, aber es hat eine vertraute grafische Oberfläche und sieht alles andere als veraltet aus. Es nimmt sehr wenig Platz auf der Festplatte ein und benötigt noch weniger Rechenleistung. Das Ergebnis ist, dass ein alter Laptop trotz seiner eingeschränkten Spezifikationen flüssig läuft. Ich verwende auch verschlankte Browser: Vivaldi und Midori.

Nachdem ich lange Zeit Microsoft Windows verwendet habe, finde ich Linux-Betriebssysteme deutlich besser, vor allem weil sie kostenlos heruntergeladen und installiert werden können. Außerdem stehlen Linux-Betriebssysteme nicht Ihre persönlichen Daten und versuchen nicht, Sie an sich zu binden, wie es die neuesten Betriebssysteme von Microsoft und Apple tun. Dennoch ist auch bei Linux eine Veralterung nicht auszuschließen. Zum Beispiel wird Linux Lite seine Unterstützung für 32-Bit-Computer im Jahr 2021 einstellen, was bedeutet, dass ich mich bald nach einem alternativen Betriebssystem umsehen oder einen etwas jüngeren 64-Bit-Laptop kaufen muss.

2. Ersetzen Sie das Festplattenlaufwerk durch ein Solid-State-Laufwerk

In den letzten Jahren sind Solid-State-Laufwerke (SSD) verfügbar und erschwinglich geworden, und sie sind viel schneller als Festplattenlaufwerke (HDD). Obwohl Sie einen alten Laptop durch den bloßen Wechsel zu einem leichtgewichtigen Betriebssystem wiederbeleben können, haben Sie, wenn Sie auch die Festplatte durch ein Solid-State-Laufwerk ersetzen, eine Maschine die genauso schnell ist wie ein brandneuer Laptop. Je nach gewünschter Speicherkapazität kostet Sie eine SSD zwischen 20 Euro (120 GB) und 100 Euro (960 GB).

Die Installation ist ziemlich einfach und online gut dokumentiert. Solid-State-Laufwerke laufen leise und sind widerstandsfähiger gegen physische Stöße, haben aber eine kürzere Lebenserwartung als Festplattenlaufwerke. Meines arbeitet nun seit fast 4 Jahren. Es scheint, dass sowohl aus ökologischer als auch aus finanzieller Sicht ein alter Laptop mit SSD eine viel bessere Wahl ist als der Kauf eines neuen Laptops, auch wenn das Solid-State-Laufwerk ab und zu ausgetauscht werden muss.

Ersatz-Laptops

Inzwischen hat sich meine Strategie weiterentwickelt. Ich habe zwei identische Modelle zu einem ähnlichen Preis gekauft, 2018 und Anfang 2020, um sie als Ersatz-Laptops zu verwenden. Jetzt plane ich, so lange wie möglich mit diesen Maschinen zu arbeiten, da ich mehr als genug Ersatzteile zur Verfügung habe. Seit ich den Laptop gekauft habe hatte er zwei technische Probleme. Nach etwa einem Jahr Gebrauch starb der Lüfter. Ich ließ ihn über Nacht in einem winzigen und unordentlichen IT-Laden reparieren, der von einem Chinesen in Antwerpen, Belgien, betrieben wurde. Er sagte, dass mein gepatchter Lüfter noch sechs Monate laufen würde, aber er funktioniert auch nach mehr als zwei Jahren.

Dann, im letzten Jahr, weigerte sich mein X60s plötzlich, seinen Akku zu laden, ein Problem, das auch bei meinem verfluchten 2013er Laptop aufgetreten war. Das scheint ein häufiges Problem bei Thinkpads zu sein, aber ich konnte es noch nicht lösen. Das musste ich auch nicht, denn ich hatte einen Ersatzlaptop parat und begann, diesen zu benutzen, wann immer ich draußen arbeiten musste oder wollte.

Bild: Drei identische Laptops aus dem Jahr 2006, alle funktionstüchtig, für weniger als 200 Euro.

Bild: Das Innere des Thinkpad X60s.Quelle: [Hardware-Wartungshandbuch](https://download.lenovo.com/ibmdl/pub/pc/pccbbs/mobiles_pdf/42x3550_04.pdf).

Die magische SD-Karte

Jetzt möchte ich Ihnen meine magische SD-Karte vorstellen, die ein weiteres Hardware-Upgrade ist, das die Nutzung alter (aber auch neuer) Laptops erleichtert. Viele Leute haben ihre persönlichen Dokumente auf der Festplatte ihres Laptops gespeichert und machen dann Backups auf externen Speichermedien, wenn alles gut läuft. Ich mache es andersherum.

Ich habe alle meine Daten auf einer 128 GB SD-Karte, die ich in jeden meiner Thinkpads einstecken kann, die ich besitze. Ich mache dann monatliche Backups der SD-Karte, die ich auf einem externen Speichermedium ablege, sowie regelmäßige Backups der Dokumente, an denen ich arbeite, die ich vorübergehend auf dem Laufwerk des Laptops ablege, den ich gerade nutze. Das hat sich, zumindest für mich, als sehr zuverlässig erwiesen: verlorene Arbeit aufgrund von Computerproblemen und unzureichenden Backups gibt es nicht mehr.

Der andere Vorteil ist, dass ich auf jedem Laptop arbeiten kann, den ich möchte, und dass ich nicht von einer bestimmten Maschine abhängig bin, um auf meine Arbeit zuzugreifen. Man kann ähnliche Vorteile erhalten, wenn man all seine Daten in der Cloud aufbewahrt, aber die SD-Karte ist die nachhaltigere Option und sie funktioniert auch ohne Internetzugang.

Angenommen ich hätte bis zu zwei Festplattenausfälle an einem Tag, könnte ich trotzdem weiterarbeiten als ob nichts passiert wäre. Da ich jetzt beide Laptops abwechselnd benutze - einen mit Akku, den anderen ohne - kann ich sie auch an verschiedenen Orten stehen lassen und zwischen diesen Orten hin- und herwechseln, während ich nur die SD-Karte in meiner Brieftasche mitnehme. Versuchen Sie das mal mit Ihrem brandneuen, teuren Laptop. Ich kann meine Laptops auch zusammen verwenden, wenn ich einen zusätzlichen Bildschirm brauche.

In Kombination mit einem Festplattenlaufwerk erhöht die SD-Karte auch die Leistung eines alten Laptops und kann eine Alternative zum Einbau eines Solid-State-Laufwerks sein. Mein Ersatzlaptop hat keines und kann beim Besuchen von schwergewichtigen Webseiten langsam sein. Aber dank der SD-Karte geht das Öffnen einer Karte oder eines Dokuments fast augenblicklich, ebenso wie das Blättern in einem Dokument oder das Speichern desselben. Die SD-Karte schont auch die Festplatte, da diese meist leer ist. Ich weiß nicht, wie praktisch die Verwendung einer SD-Karte bei anderen Laptops ist, aber alle meine Thinkpads haben einen Steckplatz dafür.

Die Kosten

Machen wir eine vollständige Kostenkalkulation, einschließlich der Investition in Ersatz-Laptops und SD-Karten, und unter Verwendung der heutigen Preise sowohl für Solid-State-Laufwerke als auch für SD-Karten, die viel billiger geworden sind, seit ich sie gekauft habe:

ThinkPad X60s: 50 Euro ThinkPad X60s Ersatzlaptop: 60 euro
ThinkPad X60 Ersatzlaptop: 75 euro
Zwei Ersatzakkus: 50 Euro
240 GB Solid-State-Drive: 30 Euro
128 GB SD-Karte: 20 Euro
Gesamt: 285 Euro

Selbst wenn Sie das alles kaufen, haben Sie nur 285 Euro ausgegeben. Für diesen Preis können Sie vielleicht den beschissensten neuen Laptop auf dem Markt kaufen, aber dafür bekommen Sie sicher keine zwei Ersatzlaptops. Wenn Sie es schaffen zehn Jahre lang mit dem Zeug zu arbeiten, würden Ihre Laptop-Kosten 28,5 Euro pro Jahr betragen. Sie müssen vielleicht ein paar Solid-State-Laufwerke und SD-Karten ersetzen, aber das macht keinen großen Unterschied. Außerdem ersparen Sie sich den ökologischen Schaden, der durch die Produktion eines neuen Laptops alle 5,7 Jahre verursacht wird.

Bild: Meine Laptop-Bedürfnisse sind für die absehbare Zukunft erfüllt.

Übertreiben Sie es nicht

Obwohl ich mein Thinkpad X60s als Beispiel verwendet habe, funktioniert die gleiche Strategie auch mit anderen Thinkpad-Modellen - hier ist eine Übersicht über alle historischen Modelle - und Laptops anderer Marken (über die ich nichts weiß). Wenn Sie es vorziehen, nicht auf Auktionsseiten zu kaufen, können Sie zum nächstgelegenen Pfandhaus gehen und einen gebrauchten Laptop mit einer Garantie bekommen. Die Chancen stehen gut, dass Sie nicht einmal etwas kaufen müssen, da viele Leute alte Laptops herumliegen haben.

Es gibt keinen Grund zu einem Gerät von 2006 zurückzugehen. Ich hoffe, es ist klar, dass ich hier eine Stellungnahme abgeben möchte und ich bin wahrscheinlich so weit zurück gegangen, wie man es kann, ohne die Dinge zu verkomplizieren. Mein erster Versuch war ein gebrauchtes ThinkPad X30 von 2002, aber das war ein Schritt zu weit. Es verwendet einen anderen Ladetyp, hat keinen SD-Kartenslot, und ich konnte die drahtlose Internetverbindung nicht zum Laufen bringen. Für viele Leute mag es dienlich sein, einen etwas jüngeren Laptop zu wählen. Dann haben Sie eine Webcam und eine 64-Bit-Architektur, was die Sache einfacher macht. Natürlich können Sie auch versuchen, mich zu schlagen und zurück in die 1990er Jahre zu gehen, aber dann müssen Sie auf USB und drahtlose Internetverbindung verzichten.

Die Wahl des Laptops hängt auch davon ab, was Sie damit machen wollen. Wenn Sie ihn hauptsächlich zum Schreiben, Surfen im Web, zur Kommunikation und zur Unterhaltung verwenden, können Sie es so billig machen wie ich. Wenn Sie grafische oder audiovisuelle Arbeiten erledigen, ist es komplizierter, denn in diesem Fall sind Sie wahrscheinlich ein Apple-Nutzer. Die gleiche Strategie ließe sich auch auf einem etwas jüngeren und teureren Laptop anwenden, aber sie würde den Wechsel von einem Mac zu einem Linux-Betriebssystem nahelegen. Wenn es um Office-Anwendungen geht, ist Linux eindeutig besser als seine kommerziellen Alternativen. Ob das auch für andere Software gilt, kann ich mangels Erfahrung nicht sagen.

Dies ist ein Hack, kein neues wirtschaftliches Modell

Obwohl der Kapitalismus uns noch jahrzehntelang mit gebrauchten Laptops versorgen könnte, sollte die oben skizzierte Strategie als ein Hack betrachtet werden, nicht als ein ökonomisches Modell. Es ist ein Weg, mit einem Wirtschaftssystem umzugehen oder ihm zu entkommen, das versucht, Sie und mich zu zwingen, so viel wie möglich zu konsumieren. Es ist ein Versuch, dieses System zu durchbrechen, aber es ist keine Lösung an sich. Wir brauchen ein anderes Wirtschaftsmodell, in dem wir alle Laptops wie die Thinkpads vor 2011 bauen. Die Folge wäre, dass die Laptop-Verkäufe zurückgehen würden, aber genau das brauchen wir. Außerdem könnten wir bei der heutigen Rechenleistung den Betriebs- und Grauenergieverbrauch eines Laptops deutlich reduzieren, wenn wir den Trend zu immer höherer Funktionalität umkehren würden.

Die schnelle Veralterung der Computer wird maßgeblich durch Hardware- und Software-Änderungen vorangetrieben, wobei letztere inzwischen der entscheidende Faktor sind. Ein 15 Jahre alter Computer hat zwar die nötige Hardware, ist aber nicht mit der neuesten (gewinnorientierten) Software kompatibel. Das gilt für Betriebssysteme und jede Art von Software, von Spielen über Büroanwendungen bis hin zu Websites. Um die Nutzung von Laptops nachhaltiger zu gestalten, müsste die Software-Industrie also damit beginnen, jede neue Version ihrer Produkte leichter statt schwerer zu machen. Je leichter die Software ist, desto länger halten unsere Laptops und wir benötigen weniger Energie, um sie zu nutzen und zu produzieren.

Bilder: Jordi Manrique Corominas, Adriana Parra, Roel Roscam Abbing

Deng, Liqiu, Callie W. Babbitt, and Eric D. Williams. “Economic-balance hybrid LCA extended with uncertainty analysis: case study of a laptop computer.” (Wirtschaftlichkeitsbezogene hybride Umweltbilanz um Unsicherheitsanalyse erweitert: Fallstudie zum Laptop.) Journal of Cleaner Production 19.11 (2011): 1198-1206. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652611000801 ↩︎
Internationale Organisation für erneuerbare Energien (IRENA). https://www.irena.org/solar ↩︎
André, Hampus, Maria Ljunggren Söderman, and Anders Nordelöf. “Resource and environmental impacts of using second-hand laptop computers: A case study of commercial reuse.” (Ressourcen- und Umweltauswirkungen der Verwendung von gebrauchten Laptops: Eine Fallstudie zur kommerziellen Wiederverwendung.) Waste Management 88 (2019): 268-279. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956053X19301825 ↩︎ ↩︎
Bihouix, Philippe. The Age of Low Tech: Towards a Technologically Sustainable Civilization. (Das Low-Tech-Zeitalter: Auf dem Weg zu einer technologisch nachhaltigen Zivilisation.) Policy Press, 2020. https://bristoluniversitypress.co.uk/the-age-of-low-tech ↩︎
Kasulaitis, Barbara V., et al. “Evolving materials, attributes, and functionality in consumer electronics: Case study of laptop computers.” (Die Entwicklung von Materialien, Eigenschaften und Funktionen in der Unterhaltungselektronik: Fallstudie zu Laptops.) Resources, conservation and recycling 100 (2015): 1-10. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344915000683 ↩︎
Lenovo hat 2005 das PC-Geschäft von IBM übernommen und daher habe ich streng genommen ein Lenovo Thinkpad X60s gekauft. Allerdings hatte sich die Hardware noch nicht geändert, und der Laptop trägt nur den neuen Markennamen zusammen mit dem von IBM. Mein Ersatz-Laptop, ein fast identisches Modell aus dem gleichen Jahr (X60 statt X60s), hat keinerlei Bezug zu Lenovo. ↩︎

Wie nachhaltig ist eine solarbetriebene Website?

Tue, 28 Jan 2020 00:00:00 +0000

Bild: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Unsere selbstgehostete, solarbetriebene, unabhängig von Stromnetz betriebene Website läuft jetzt seit 15 Monaten. In diesem Artikel stellen wir ihre Energie- und Verfügbarkeitsdaten vor und berechnen die Graue Energie unser Konfiguration. Aufgrund dieser Ergebnisse betrachten wir das optimale Gleichgewicht zwischen Nachhaltigkeit und Serververfügbarkeit und umreißen mögliche Verbesserungen.

Einleitung

Im September 2018 haben wir bei Low-tech Magazine eine neue Website gestartet, die darauf abzielte, radikal den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, die aus der Bereitstellung ihrer Inhalte resultieren. Der Energieverbrauch des Internets wächst rasch, sowohl aufgrund steigender Datenraten und Datenmengen bei der Übertragung (die Inhalte werden “fetter”), als auch aufgrund steigender Nutzungszeit (besonders seit Mobilgeräte und drahtloses Internet verfügbar sind).

Unsere solarbetriebene Website stemmt sich gegen diese Trends. Um den Energieverbrauch weit unter jenen einer durchschnittlichen Website zu drücken, haben wir uns für ein Webdesign entschieden, welches zurück zu den Ursprüngen zielt. Wir verwenden eine statische Website anstelle eines datenbankgetriebenen Content-Management-Systems. Um die Energie zu minimieren, welche für die Herstellung von Solarpanel und Batterie erforderlich ist, haben wir eine minimale Konfiguration gewählt und wir akzeptieren, dass die Website sich offline schaltet, wenn das Wetter zu schlecht ist.

Verfügbarkeit, Stromverbrauch und Systemeffizienz

Verfügbarkeit Unsere solarbetriebene Website schaltet sich offline, wenn das Wetter zu schlecht ist - aber wie oft passiert das? Für einen Zeitraum von ungefähr einem Jahr (351 Tage, vom 12. Dezember 2018 bis zum 28. Dezember 2019) haben wir eine Verfügbarkeit von 95,26% erreicht. Das bedeutet, dass wir insgesamt während 399 Stunden aufgrund von schlechtem Wetter offline waren.

Wenn wir die letzten zwei Monate des Zeitraums ignorieren, war unsere Verfügbarkeit sogar 98,2%, mit einer offline-Zeit von nur 152 Stunden. Während der letzten zwei Monate fiel die Verfügbarkeit auf 80%, weil ein Softwareupgrade den Energieverbrauch unseres Servers erhöhte. Dadurch wurde die Website jede Nacht für einige Stunden offline gedrückt.

Stromverbrauch und Systemeffizienz

Schauen wir uns die elektrische Leistungsaufnahme an, die unser Webserver aufweist (also den operativen Energieverbrauch). Dazu haben wir Messdaten des Servers und des Ladereglers für die Solarzellen. Wenn wir beide Werte vergleichen, fällt die mangelnde Effizienz des Systems ins Auge. Über einen Zeitraum von grob einem Jahr (vom 3. Dezember 2018 bis zum 24. November 2019) verbrauchte unser Server 9,53 kWh (Kilowattstunden).

Wir maßen signifikante Verluste im Solarsystem, die auf Verluste bei der Spannungswandlung und bei der Ladung und Entladung der Batterie zurückzuführen sind. Der Laderegler zeigte einen jährlichen Energieverbrauch von 18,10 kWh an - das bedeutet, dass die Systemeffizienz gemessen vom Ausgang der Solarzelle bis zur Spannungsversorgung des Servers nur ungefähr 50% betrug.

Energieverbrauch pro Besucher der Website

Während des betrachteten Zeitraums hat die solarbetriebene Website 865.000 einzelne Besuche verzeichnet. Wenn wir alle Energieverluste im Solarsystem mit einrechnen, betrug der Energieverbrauch pro einzelnem Besucher 0,021 Wh (Wattstunden), d.h. 21 mWh (Milliwattstunden).

Eine Kilowattstunde solar erzeugten Stroms kann also fast 50.000 einzelne Besucher der Website versorgen, und eine Wattstunde etwa 50 einzelne Besucher. Da wir nur selbst erzeugten Solarstrom verwenden, müssen wir dem operativen Betrieb keine Kohlenstoffemissionen zurechnen.

Eine Kilowattstunde solar erzeugten Stroms kann fast 50.000 einzelne Besucher der Website versorgen

Graue Energie und Verfügbarkeit

Wenn erneuerbare Energien als Lösung für den wachsenden Energieverbrauch des Internets vorgestellt werden, endet die Geschichte oft an dieser Stelle. Wenn Forscher den Energieverbrauch von Rechenzentren untersuchen, welche die im Internet verfügbaren Inhalte bereitstellen, betrachten sie praktisch niemals die Energie zur Erstellung und Wartung der Infrastruktur dieser Rechenzentren.

Bei unserer selbstgehosteten, solarbetriebenen, unabhängig von Stromnetz betriebenen Website lassen wir diese Information nicht weg. Das Solarpanel, die Batterie und der Laderegler sind gleichermaßen essenzielle Teile der Installation wie der Server selbst. Dementsprechend müssen wir den Energieverbrauch für den Abbau und die Verarbeitung der nötigen Minerale und die Herstellung dieser Komponenten mit einberechnen, eben die sogenannte “Graue Energie”.

Eine einfache Darstellung unseres Systems. Die Spannungswandlung (zwischen dem 12V-Laderegler und dem mit 5V betriebenen Server) und das Messgerät zur Ladestandsmessung der Batterie sind nicht mit dargestellt. Leider kommt der größte Teil dieser Energie aus fossilen Brennstoffen, entweder in Form von Diesel (beim Abbau der Rohmaterialien und dem Transport der Komponenten) oder in Form von Strom, der wiederum hauptsächlich in Kraftwerken erzeugt wurde, die wiederum fossile Brennstoffe verbrennen (im Fall der meisten Produktionsprozesse).

Die Größe von Batterie und Solarpanel ist ein Kompromiss zwischen Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit

Die Graue Energie unserer Konfiguration wird hauptsächlich von der Größe von Batterie und Solarpanel bestimmt. Gleichzeitig bestimmen die Größen von Batterie und Solarpanel auch, wie oft unsere Website online sein kann (also ihre Verfügbarkeit). Die Größe von Batterie und Solarpanel stellt also einen Kompromiss zwischen Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit dar.

Um das optimale Gleichgewicht zu finden, haben wir unser System mit verschiedenen Kombinationen von Solarpaneln und Batterien betrieben (und tun das auch immer noch). Verfügbarkeit und Graue Energie hängen auch von den örtlichen Wetterbedingungen ab, daher sind die hier vorgestellten Ergebnisse nur für unseren Ort (den Balkon der Wohnung des Autors nahe Barcelona in Spanien) gültig.

Bilder: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/)

Verfügbarkeit und Batteriegröße

Die Speicherkapazität der Batterie legt fest, wie lange die Website ohne Versorgung mit Solarenergie weiterlaufen kann. Ein Minimum von Energiespeicherung ist nötig, um über die Nacht zu kommen, während weitere Kapazität darüberhinaus Zeiten von niedriger (oder fehlender) Energieerzeugung während des Tages ausgleichen kann. Batterien altern; es ist also sinnvoll, mit mehr Kapazität als rechnerisch erforderlich zu beginnen - andernfalls müsste die Batterie relativ schnell ersetzt werden.

> 90% Verfügbarkeit

Berechnen wir zuerst die minimale Kapazität zur Energiespeicherung, um die Website während der Nacht online zu halten. Als Randbedingungen nehmen wir gutes Wetter, eine neue Batterie und ein ausreichend großes Solarpanel an, um die Batterie tagsüber vollständig zu laden. Während des ersten Jahres betrug die durchschnittliche Leistungsaufnahme unseres Webservers einschließlich aller Leistungsverluste der Solaranlage 1,97 Watt. Während der kürzesten Nacht des Jahres (8 Stunden, 50 Minuten zur Sommersonnenwende am 21. Juni) benötigten wir 17,40 Wattstunden Speicherkapazität und während der längsten Nacht des Jahres (14 Stunden, 49 Minuten zur Wintersonnenwende am 21. Dezember) benötigten wir 29,19 Wattstunden.

Mindestspeicherkapazität, um die Website während der Nacht online zu halten*

Month	Daylight	Night	Storage
21 Sep 2018	12h13min	11h47min	23.21 Wh
21 Oct 2018	10h52min	13h8min	25.87 Wh
21 Nov 2018	9h41min	14h19min	28.2 Wh
21 Dec 2018	9h11min	14h49min	29.1 Wh
21 Jan 2019	9h41min	14h19min	28.2 Wh
21 Feb 2019	10h53min	13h7min	25.84 Wh
21 Mar 2019	12h13min	11h47min	23.22 Wh
21 Apr 2019	13h34min	10h26min	20.55 Wh
21 May 2019	14h41min	9h19min	18.35 Wh
21 Jun 2019	15h10min	8h50min	17.4 Wh
21 Jul 2019	14h43min	9h17min	18.29 Wh
21 Aug 2019	13h36min	10h24min	20.49 Wh

Ort: Barcelona; sonniges Wetter tagsüber;
Wh = Wattstunden

Da Bleiakkus nur bis zu ihrer halben Nennkapazität entladen werden sollten, benötigt der solarbetriebene Server einen Bleiakku von 60 Wh Kapazität, um bei optimalen Wetterbedingungen durch die kürzeste Nacht des Jahres zu kommen (2 x 29,19 Wh). Für den größten Teil des Jahres betrieben wir das System mit einer etwas höhren Batteriekapazität (bis zu 86,4 Wh) und einem Solarpanel von 50 W Nennleistung, und damit erreichten wir die oben genannte Verfügbarkeit von 95-98%. ¹

100% Verfügbarkeit

Eine größere Batterie könnte die Website auch während längerer Perioden schlechten Wetters weiterlaufen lassen, wiederum sofern das Solarpanel leistungsfähig genug ist, um diese Batterie vollständig zu laden. Um einen ganzen Tag sehr schlechten Wetters (ohne nennenswerte Energieerzeugung) auszugleichen, benötigen wir im Mittel 47,28 Wattstunden (24h x 1,97W) Speicherkapazität.

Vom 1. Dezember 2019 bis zum 12. Januar 2020 haben wir das Solarpanel mit 50W Nennleistung mit einem Akku von 168 Wattstunden Nennkapazität kombiniert, der also eine nutzbare Kapazität von 84Wh besitzt. Dies ist genügend Kapazität, um die Website für zwei Nächte und einen Tag zu betreiben. Obwohl wir diese Konfiguration während der dunkelsten Zeit des Jahres getestet haben, hatten wir dabei relativ gutes Wetter und erreichten eine Verfügbarkeit von 100%.

Um aber diese Verfügbarkeit von 100% über einen Zeitraum von mehreren Jahren sicher zu erreichen, wäre ein noch größerer Energiespeicher erforderlich. Um die Website für vier Tage ohne oder mit sehr niedriger Energieerzeugung weiterlaufen zu lassen, würden wir einen Bleiakku von 440Wh Nennkapazität brauchen - also einen von der Größe einer typischen Autobatterie. Wir nennen diese Konfiguration hier, weil sie dem konventionellen Ansatz von Solarenergie-Insellösungen entspricht.

< 90% Verfügbarkeit Wir haben auch mit Batterien gerechnet, die bewusst nicht groß genug sind, um die Website durch die kürzeste Nacht des Jahres zu bringen: 48Wh, 24Wh und 15,6Wh (mit jeweils nutzbarer Kapazität von 24Wh, 12Wh und 7,8Wh). Die kleinste davon ist auch der kleinste Bleiakku, den man typisch im Handel findet.

Eine Website, die sich abends abschaltet, könnte eine interessante Option für einen lokalen Onlinedienst sein, der wenig Zugriffe nach Mitternacht erwartet.

Wenn das Wetter gut ist, lässt der Akku mit 48Wh Nennkapazität den Server in den Nächten von März bis September durchlaufen. Der Bleiakku von 24Wh kann die Website im Mittel 6 Stunden lang laufen lassen, der Server wird sich also praktisch in jeder Nacht des Jahres herunterfahren - allerdings je nach Saison zu verschiedenen Uhrzeiten.

Der Akku mit 15,6Wh Nennkapazität lässt die Website im Mittel für nur vier Stunden online laufen, wenn kein Solarstrom erzeugt wird. Selbst bei gutem Wetter wird der Server sich etwa um ein Uhr nachts im Sommer und etwa um 21:00 Uhr im Winter abschalten. Die maximale Verfügbarkeit für die kleinste Batterie läge bei etwa 50%, und praktisch wird sie wegen schlechten Wetters (Bewölkung und Regen) niedriger liegen.

Eine Website, die sich abends abschaltet, könnte eine interessante Option für einen lokalen Onlinedienst sein, der wenig Zugriffe nach Mitternacht erwartet. Da sich die Leser von Low-tech Magazine aber nahezu gleichverteilt in Europa und den USA befinden, ist das keine attraktive Option für uns. Wenn sich die Website jede Nacht abschaltet, könnten unsere amerikanischen Leser nur in ihren Morgenstunden darauf zugreifen, die an der Westküste sogar nur in den frühen Morgenstunden.

Erwartete Verfügbarkeit nach Batterietyp, ausgehend von voller Ladung

Batterie	Verfügbarkeit
440Wh	Website kommt durch vier Tage schlechten Wetters
168Wh	Website kommt durch einen Tag schlechten Wetters
86,4Wh	Website kommt bei gutem Wetter durch die Nacht
48Wh	Website schaltet sich in vielen Nächten des Jahres offline
24Wh	Website geht in jeder Nacht offline
15,6Wh	Website geht in jeder Nacht offline

Verfügbarkeit und Größe des Solarpanels

Die Verfügbarkeit der solarbetriebenen Website wird nicht nur von der Batterie vorgegeben, sondern auch vom Solarpanel, besonders was schlechtes Wetter angeht. Je größer das Solarpanel, desto schneller lädt es die Batterie auf und desto weniger Sonnenstunden sind nötig, um die Website durch die Nacht zu bringen. Mit dem 50W-Solarpanel sind zum Beispiel eine bis zwei Stunden voller Sonneneinstrahlung ausreichend, um jede der Batterien laden zu können (mit Ausnahme der 440Wh-Autobatterie).

Wenn wir aber das 50W-Solarpanel mit einem 10W-Panel ersetzen, braucht das System wenigstens fünfeinhalb Stunden bei besten Bedingungen, um die 86,4Wh-Batterie aufzuladen (2W sind nötig um den Server zu betreiben, 8W stehen zum Laden der Batterie zur Verfügung). Wenn das 10W-Solarpanel mit einer größeren Batterie kombiniert wird - zum Beispiel dem 168Wh-Bleiakku, braucht es 10,5 Stunden voller Sonneneinstrahlung, um die Batterie ganz aufzuladen. Das ist überhaupt nur zwischen Februar und November möglich.

Ein größeres Solarpanel vergrößert die Chance, dass die Website auch unter nicht optimalen Wetterbedingungen online bleibt

Wolken

Ein größeres Solarpanel ist auch bei wolkigem Wetter vorteilhaft. Je nach Dichte der Wolkendecke können Wolken die Erzeugung von Solarenergie zwischen 0 und 90% des maximal möglichen Werts herabsetzen. Wenn ein 50W-Solarpanel nur 10% seiner Nennleistung bringt (also 5W), dann reicht das noch aus um den Server zu betreiben (2W) und die Batterie mit 3W aufzuladen.

Wenn aber ein 10W-Solarpanel nur 10% seiner Nennleistung bringt, dann reicht das eventuell gerade mal aus, um den Server zu betreiben; die Batterie wird dann nicht mehr geladen. Wir haben die Website zwischen dem 12. und 21. Januar 2020 mit einem 10W-Panel betrieben und sie schaltete sich jeweils schnell aus, wenn das Wetter nicht optimal war. Wir haben jetzt aktuell ein 30W-Solarpanel mit einer 168Wh-Batterie kombiniert, um die Website zu versorgen.

Ein Solarpanel mit 5W - das kleinste 12V-Solarpanel im Handel - stellt das absolute Minimum für eine solarbetriebene Website dar. Allerdings wird es nur unter besten Bedingungen in der Lage sein, den Server zu betreiben (2W) und gleichzeitig eine Batterie zu laden (3W). Auf diese Weise kann die Website auch nur durch die Nacht weiterlaufen, wenn der Tag genügend Sonnenstunden hat. Da Solarpanel aber nur selten ihre Nennleistung erreichen, würde ein solches Panel praktisch dazu führen, dass eine Website nur online ist, wenn die Sonne scheint.

Obwohl die Kombination aus einem kleinen Solarpanel und einer großen Batterie dieselbe Graue Energie haben kann wie ein großes Solarpanel mit einer kleinen Batterie, wird sich das resultierende System natürlich sehr unterschiedlich verhalten. Im allgemeinen erscheint es sinnvoller, sich eher für ein größeres Solarpanel und eine kleinere Batterie zu entscheiden, da diese Kombination die Lebensdauer der Batterie verlängert. Bleiakkus müssen von Zeit zu Zeit voll aufgeladen werden, um nicht zu schnell unter ihre Nennkapazität zu fallen.

Erforderliche Sonnenstunden um die Batterie zu laden, abhängig von der Nennleistung des Solarpanels*

Batterie	50W	30W	10W	5W
440Wh	6h45min	11h14min	33h44min	67h28min
168Wh	2h35min	4h17min	12h53min	25h46min
86.4Wh	1h17min	2h12min	6h37min	13h15min
48Wh	0h44min	1h13min	3h41min	7h22min
24Wh	0h22min	0h37min	1h50min	3h41min
15.6Wh	0h14min	0h24min	1h12min	2h24min

Unter Annahme von 75% der Nennleistung des Solarpanels, 15% Ladeverlusten und einer Entladung der Batterie bis 50% der Nennkapazität.

Graue Energie für verschiedene Größen von Batterien und Solarpanels

Die Herstellung von Bleiakkus erfordert 1,03 MJ (Megajoule) Energie pro Wattstunde Batteriekapazität ². Um Solarzellen herzustellen, sind 3,514 MJ pro Quadratmeter Solarzelle nötig ³. In der Tabelle unten stellen wir die Graue Energie für verschiedene Größen von Batterien und Solarpanels vor, und errechnen daraus die Graue Energie pro Jahr. Dabei gehen wir von einer Lebensdauer von fünf Jahren für Batterien und 25 Jahren für Solarpanels aus. Diese Werte wandeln wir um in Kilowattstunden pro Jahr und wir beziehen uns dabei auf Primärenergie, nicht etwa auf elektrischen Strom.

Eine solarbetriebene Website braucht auch einen Laderegler und natürlich den Webserver. Die Graue Energie dieser Komponenten bleibt gleich, unabhängig von der Größe von Solarpanel oder Batterie. Die Graue Energie dieser beiden Komponenten berechnen wir ausgehend von einer angenommenen Lebensdauer von 10 Jahren. ⁴ ⁵

Graue Energie verschiedener Komponenten (pro Betriebsjahr)

Batterie*	Graue Energie
440Wh Batterie	25.17 kWh/pro Jahr
168Wh Batterie	9.60 kWh/pro Jahr
86.4Wh Batterie	3.91 kWh/pro Jahr
48Wh Batterie	2.75 kWh/pro Jahr
24Wh Batterie	1.27 kWh/pro Jahr
15.6Wh Batterie	0.89 kWh/pro Jahr

5 Jahre angenommene Lebensdauer der Batterie
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie

Solarpanel*	Graue Energie
50W-Solarpanel	16.96 kWh/pro Jahr
30W-Solarpanel	10.20 kWh/pro Jahr
10W-Solarpanel	3.40 kWh/pro Jahr
5W-Solarpanel	1.70 kWh/pro Jahr

25 Jahre angenommene Lebensdauer der Solarpanels
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie

andere Komponenten*	Graue Energie
Solar-Laderegler	3.33 kWh/pro Jahr
Server	5.00 kWh/pro Jahr

10 Jahre angenommene Lebensdauer der Solarpanels
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie

Nun haben wir alle Daten, um die Graue Energie des Systems für alle Kombinationen aus Solarpanels und Batterien zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle unten dargestellt. Zwischen der Konfiguration mit dem kleinsten und der mit dem größten Wert unterscheidet sich die Graue Energie um einen Faktor von fünf: von 10,92 kWh/Jahr Primärenergie für die Kombination aus kleinstem Solarpanel (5W) und kleinster Batterie (15,6Wh) bis zu 50,46 kWh/Jahr Primärenergie für die Kombination aus dem größten Solarpanel (50W) mit der größten Batterie (440Wh).

Graue Energie pro Jahr für verschiedene Konfigurationen der Solaranlage*

Batterie	50W	30W	10W	5W
	Solar Panel
440Wh	50.46 kWh	43.70 kWh	n/a	n/a
168Wh	34.89 kWh	28.13 kWh	21.33 kWh	n/a
86.4Wh	29.20 kWh	22.36 kWh	15.64 kWh	13.94 kWh
48Wh	28.04 kWh	21.28 kWh	14.18 kWh	12.78 kWh
24Wh	26.29 kWh	19.80 kWh	13.00 kWh	11.30 kWh
15.6Wh	26.18 kWh	19.42 kWh	12.62 kWh	10.92 kWh

Darin inbegriffen die Graue Energie von Laderegler und Webserver
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie
“n/a” = das Solarpanel kann die Batterie in keiner Jahreszeit vollständig laden

Wenn wir diese Resultate durch die Zahl von Besuchern der Website (865.000 einzelne Besuche) dividieren, erhalten wir die Graue Energie pro einzelnem Besuch der Website. Für unsere ursprüngliche Konfiguration mit 95-98% Verfügbarkeit (50W-Solarpanel und 86,4Wh-Batterie) wurden pro einzelnem Besuch 0,03Wh Primärenergie verbraucht. Das Resultat wäre ziemlich ähnlich für die anderen Konfigurationen mit geringerer Verfügbarkeit, da einerseits die Graue Energie geringer wäre, aber duch die kürzere Erreichbarkeit der Website auch die Anzahl der einzelnen Besuche.

Kohlenstoffemissionen: wie nachhaltig ist die solarbetriebene Website?

Kohlenstoffemissionen der solarbetriebenen Website Da wir nun die Graue Energie verschiedener Konfigurationen errechnet haben, können wir auch deren CO2-Emissionen bestimmen. Wir können den energetischen Fussabdruck der solarbetriebenen Website nicht mit unserer herkömmlichen Website vergleichen, da diese anderswo gehostet wird und uns für ihren Energieverbrauch keine Daten vorliegen. Was wir aber vergleichen können ist die solarbetriebene Website einerseits mit einer ähnlichen, selbstgehosteten Konfiguration, welche statt Solarenergie mit Strom aus dem öffentlichen Netz betrieben wird. So können wir die Frage der Nachhaltigkeit des Solarbetriebs der Website für uns klären.

Lebenszyklusanalysen von Solarpaneln sind nicht besonders hilfreich zur Bestimmung der CO2-Emissionen unserer Kompomenten, da diese typisch von der Annahme ausgehen, dass die gesamte von Solarpanels abgegebene elektrische Energie auch verbraucht wird. In unserem Fall trift diese Annahme nicht unbedingt zu: Bei den größeren Solarpanels geht unter optimalen Wetterbedingungen eine Menge Energie verloren, da wir sie nicht speichern können.

Das Hosten der solarbetriebenen Version von Low-tech Magazine hat im Laufe eines Jahres soviel C02-Emissionen verursacht wie eine 50km lange Fahrt mit einem durchschnittlichen Auto.

Daher wählen wir einen anderen Ansatz: wir wandeln die Graue Energie unserer Komponenten in äquivalente Liter Dieselöl um (ein Liter Öl enthält 10kWh Primärenergie) und berechnen das Resultat aufgrund der CO2-Emissionen von Öl (ein Liter Dieselöl verursacht 3kg Treibhausgase, einschließlich seiner Gewinnung und Raffination). Hier rechnen wir mit ein, dass die meisten Solarpanels und Batterien heutzutage in China hergestellt werden, wo der Betrieb des Stromnetzes dreimal so kohlenstoffintensiv und 50% weniger effizient ist wie in Europa. ⁶

Das bedeutet, dass der Verbrauch fossiler Brennstoffe während des ersten Betriebsjahres der solarbetriebenen Version von Low-tech Magazine (mit 50W-Solarpanel und 86,4Wh-Batterie) drei Litern Öl beziehungsweise 9kg CO2-Emissionen entspricht - also etwa soviel wie eine 50km lange Fahrt mit einem durchschnittlichen europäischen Auto. Die Tabelle unten stellt die Ergebnisse für die anderen Konfigurationen dar:

Graue Energie in Öläquivalenten (l/Jahr) und Kohlenstoffemissionen (kg CO2/Jahr) für verschiedene Konfigurationen des Solarsystems*

	50W	30W	10W	5W
440Wh	5.05 L 15.14 kg	4.37 L 13.11 kg	n/a	n/a
168Wh	3.49 L 10.47 kg	2.81 L 8.44 kg	2.13 L 6.40 kg	n/a
86.4Wh	2.92 L 8.76 kg	2.24 L 6.71 kg	1.56 L 4.69 kg	1.39 L 4.18 kg
48Wh	2.80 L 8.41 kg	2.13 L 6.38 kg	1.45 L 4.34 kg	1.28 L 3.83 kg
24Wh	2.63 L 7.89 kg	1.98 L 5.94 kg	1.3 L 3.90 kg	1.13 L 3.39 kg
15.6Wh	2.62 L 7.85 kg	1.94 L 5.83 kg	1.26 L 3.79 kg	1.09 L 3.28 kg

Darin inbegriffen die Graue Energie von Laderegler und Webserver
“n/a” = das Solarpanel kann die Batterie in keiner Jahreszeit vollständig laden

Vergleich mit der Kohlenstoffintensität des Spanischen Elektrizitätsnetzes Berechnen wir nun die hypothetischen CO2-Emissionen, die entstünden, wenn wir unseren selbstgehosteten Webserver mit Strom aus dem Netz anstatt mit Solarstrom betrieben. In diesem Fall hängen die CO2-Emissionen vom Spanischen Stromnetz ab, welches tatsächlich eins der am wenigsten kohlenstoffintensiven in Europa ist, da ein hoher Anteil an erneuerbaren Energien und Atomenergie eingespeist wird (36,8% Erneuerbare und 22% Atomenergie während des Jahres 2019).

Im vergangenen Jahr nahm die Kohlenstoffintensität des Spanischen Elektrizitätsnetzes auf 162g CO2 pro Kilowattstunde Strom ab. Zum Vergleich - der entsprechende Durchschnittswert in Europa beträgt 300g pro kWh Strom. Im US-amerikanischen Stromnetz sind es 400g und im Chinesischen sogar 900g CO2 pro kWh Strom.

Wenn wir ausschließlich den operativen Energiebedarf unseres Servers betrachten, der während des ersten Jahres 9,53 kWh Strom betrug, hätten wir bei einem Betrieb im Spanischen Stromnetz 1,54kg CO2-Emissionen verursacht, verglichen mit drei bis 10kg in den von uns getesteten Konfigurationen. Das scheint darauf hinzuweisen, dass unser solarbetriebener Server keine gute Idee war, da selbst das kleinste Solarpanel zusammen mit der kleinsten Batterie noch mehr Kohlenstoffemissionen verursacht als der Betrieb am öffentlichen Stromnetz.

Wenn die Kohlenstoffintensität von Elektrizitätsnetzen angegeben wird, nimmt man die Graue Energie der Infrastruktur von erneuerbaren Energien mit Null an.

Wir würden in diesem Fall aber Äpfel mit Birnen vergleichen. Wir haben unsere Emissionen aufgrund der errechneten Grauen Energie unserer Geräte bestimmt. Wenn die Kohlenstoffintensität von Elektrizitätsnetzen angegeben wird, nimmt man die Graue Energie der Infrastruktur von erneuerbaren Energien mit Null an. Wenn wir die Kohlenstoffintensität unseres eigenen Inselnetzes auch so berechnet hätten, wäre sie auf diese Weise natürlich auch Null.

Wenn ein Stromnetz vor allem von fossilen Kraftwerken gespeist wird, kann es nachvollziehbar sein, der Infrastruktur des Netzes keine eigenen Emissionen (keine Graue Energie) zuzurechnen, da die Graue Energie der Netzinfrastruktur klein ist gegenüber den Emissionen der Kraftwerke, die ja laufend fossile Brennstoffe verfeuern. Wenn aber vor allem erneuerbare Energien eingespeist werden, ist das Gegenteil der Fall. Hier sind die operativen Kohlenstoffemissionen praktisch Null, aber bei der Errichtung und Wartung der Infrastruktur wird sehr wohl Energie verbraucht - eben die Graue Energie der Kraftwerke, Anlagen und Leitungen.

Um einen fairen Vergleich mit unserem solarbetriebenen Server anzustellen, müsste die Berechnung der Kohlenstoffintensität des Spanischen Stromnetzes eigentlich die Emissionen aus dem Bau und der Wartung der Kraftwerke, der Hochspannungsleitungen und des Verteilungsnetzes und auch die der großtechnischen Energiespeicherung (falls Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen dereinst verschwinden sollten) mit beinhalten. Natürlich hinge die Graue Energie all dieser Komponenten auch wiederum von der gewählten Verfügbarkeit des Netzes ab, genauso wie das im Kleinen für unser eigenes Inselnetz der Fall ist (siehe oben).

Mögliche Verbesserungen

Wir könnten die Nachhaltigkeit unserer solarbetriebenen Website noch auf viele Arten verbessern ohne ihre Verfügbarkeit zu verringern. Die Herstellung von Solarpanels und Batterien mit Strom aus dem Spanischen Stromnetz hätte in Bezug auf die Kohlenstoffemissionen die größte Wirkung, da der CO2-Fussabdruck unserer Konfiguration dann nur etwa ein Fünftel des heutigen Wertes betrüge. Was wir selbst tun können, ist den operativen Energieverbrauch des Servers zu verkleinern und die Effizienz der solaren Stromerzeugung zu erhöhen. Beides könnte uns erlauben, mit einem kleineren Solarpanel und einer kleineren Batterie auszukommen und dadurch Graue Energie zu verringern. Wir könnten auch auf eine andere Art der Energiespeicherung oder sogar eine andere Art der Energieerzeugung umsteigen.

der Server

Wir haben schon einige Änderungen umgesetzt, durch die der Server einen niedrigeren operativen Stromverbrauch hat. Wir fanden zum Beispiel heraus, dass mehr als die Hälfte des Datenverkehrs auf unserem Server (6,63 von 11,16 Terabyte über das Jahr gerechnet) mit einer einzelnen fehlerhaften RSS-Implementierung verursacht wurde, durch die unser Feed alle paar Minuten abgefragt wurde.

Eine Verringerung der Leistungsaufnahme von 0,19W summiert sich über 24h auf 4,56Wh - damit kann die Website mehr als zweieinhalb Stunden länger online bleiben.

Die Korrektur dieses Fehlers zusammen mit einigen anderen Anpassungen ließen die Leistungsaufnahme unseres Servers von 1,14W auf 0,95W sinken. Dieser Gewinn mag klein erscheinen, aber eine Verringerung der Leistungsaufnahme von 0,19W summiert sich über 24h auf 4,56Wh - damit kann die Website mehr als zweieinhalb Stunden länger online bleiben.

Effizienz des Systems

Im Laufe des ersten Jahres betrug die Effizienz unseres Systems nur 50%. Während des Ladens und Entladens der Batterie treten Verluste auf (etwa 22%). Dasselbe passiert bei der Spannungswandlung von 12V (der Ausgangsspannung des Solarsystems) zu 5V (der USB-Versorgungsspannung des Servers), wo die Verluste sich auf 28% summieren. Unser erster Spannungswandler war nicht besonders elegant (leider hat unser Solar-Laderegler keinen direkten USB-Ausgang), und wir könnten einen besseren bauen oder alternativ zu einer Solaranlage mit direktem 5V-Ausgang wechseln.

Energiespeicherung Um die Effizienz der Energiespeicherung zu erhöhen, könnten wir die Bleiakkus mit teureren Lithium-Ionen-Batterien ersetzen, welche niedrigere Lade-/Entladeverluste aufweisen (<10%) und gleichzeitig auch eine niedrigere Graue Energie haben. Mit höherer Wahrscheinlichkeit könnten wir uns aber vorstellen, zu einem kompakten Druckluftspeichersystem zu wechseln. Obwohl Niederdruck-Speichersysteme eine mit Bleiakkus vergleichbare Effizienz haben, ist ihre Graue Energie viel niedriger, weil ihre Lebensdauer erheblich höher ist (Jahrzehnte anstelle von Jahren).

Energiequelle

Um die Graue Energie unseres Systems zu verringern, könnten wir auch unsere Energiequelle wechseln. Die Erzeugung von Solarstrom hat verglichen mit Windkraft, Wasserkraft oder sogar dem Menschen als mechanischer Energiequelle sehr viel Graue Energie. Diese alternativen Energiequellen können schon mit wenig mehr als einem elektromechanischen Generator und einem Spannungsregler genutzt werden, und der Rest des Aufbaus könnte zum Beispiel aus Holz bestehen. Eine mit Wasserkraft betriebene Website würde keinen high-tech-Energiespeicher benötigen, sondern käme stattdessen mit einem kleinen Stauteich aus. In einem kalten Klima könnte man eine Website sogar mit einem thermoelektrischen Wandler betreiben, der an einem Holzofen montiert ist.

Heliostat

In einer Region mit regelmäßigen Winden oder gutem Potenzial für die Nutzung von Wasserkraft könnte man ein System mit deutlich niedrigerer Grauer Energie bauen, als uns das möglich war. Wenn der Autor sich nicht etwa entscheiden sollte diese Website mit Hand- oder Pedalbetrieb zu versorgen, hängen wir vermutlich weiter von Solarzellen ab. Die größte Verbesserung unter dieser Randbedingung wäre es vermutlich, die Solarpanel mit einem Heliostaten auszustatten, der sie automatisch nach dem Sonnenstand ausrichtet. Damit könnte die Energieerzeugung um bis zu 30% effektiver gemacht werden und uns eine höhere Verfügbarkeit und/oder die Verwendung eines kleineren Solarpanels erlauben.

Skalieren wir es hoch!

Schließlich könnte man die Nachhaltigkeit unseres Systems auch verbessern, indem man es hochskaliert: ein Server könnte mehrere Websites hosten; ein Solarsystem könnte mehrere (und/oder größere) Webserver versorgen. Eine solche Konfiguration könnte eine deutlich niedrigere Graue Energie aufweisen, als es ein eigentlich zu groß dimensioniertes System für eine einzelne Website allein kann.

Abbildung: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Solarer Webhoster

Wenn wir den Balkon des Autors dieser Zeilen mit Solarpanels füllten und eine Firma für solares Webhosting gründeten, könnte die Graue Energie pro einzelnem Seitenaufruf signifikant sinken. Wir bräuchten nur einen Server für zahlreiche Websites und nur einen Laderegler für zahlreiche Solarpanels. Die Spannungswandlung wäre effizienter, und sowohl Solarenergie als auch Batterien würden von allen Websites geteilt, wodurch Skaleneffekte entstehen.

Hiermit beschreiben wir natürlich genau das Konzept eines Rechenzentrums. Obwohl wir keine Ambitionen haben so ein Geschäftsmodell zu betreiben, könnten andere diese Idee weiterführen: ein Rechenzentrum für Webhosting einrichten, welches genauso effizient wie jedes andere betrieben wird, aber in einem elektrischen Inselnetz und vollständig von erneuerbaren Energien versorgt wird, und das sich bei schlechtem Wetter abschaltet.

Mehr Websites

Unser Webserver ist tatsächlich leistungsfähig genug, um mehrere Websites zu hosten. Daher haben wir bereits einen kleinen Schritt in Richtung von Skaleneffekten unternommen, indem wir die Spanische) von Low-tech Magazine auf den solarbetriebenen Server verschoben haben.

Obwohl diese Änderung unseren operativen Stromverbrauch und möglicherweise auch unseren Verbrauch Grauer Energie erhöhen wird, haben wir damit andererseits auch anderswo gehostete Websites eliminiert. Wir müssen auch daran denken, dass die Besucherzahl von Low-tech Magazine in der Zukunft steigen könnte. Daher möchten wir energieeffizienter werden, um unseren ökologischen Fußabdruck mindestens konstant zu halten.

Server und Beleuchtung kombinieren

Skaleneffekte könnten auch erzielt werden, wenn noch einmal ganz anders gedacht wird. Der solarbetriebene Server ist ein Teil des Haushalts des Autors. Dieser Haushalt wird auch teilweise mit Solarenergie in einem Inselnetz versorgt. Wir konnten deswegen verschiedene Größen von Batterien und Solarpanels testen, da wir so die Möglichkeit hatten, sie einfach zwischen den verschiedenen Installationen in diesem Haushalt durchzutauschen.

Als wir den Server mit dem 50W-Panel versorgten, betrieb der Autor das Licht im Wohnzimmer mit einem 10W-Panel - und saß dementsprechend abends öfter im Dunkeln. Als wir umgekehrt den Server am 10W-Panel laufen ließen, war es andersherum: es gab mehr Licht im Haushalt, dafür aber eine niedrigere Verfügbarkeit des Servers.

Wenn das Wetter schlecht wird kann sich der Autor entscheiden die Lichter aus- und dafür den Server anzulassen - oder umgekehrt.

Nehmen wir an, dass wir sowohl das Licht als auch den Server an einer Solaranlage betreiben. Die Graue Energie wäre niedriger, wenn beide Systeme betrachtet werden, denn nur ein Laderegler ist für beide nötig. Außerdem könnte man so mit einer insgesamt kleineren Batteriekapazität und insgesamt kleineren Fläche von Solarpanels auskommen. Wenn das Wetter schlecht wird kann sich der Autor entscheiden die Lichter aus- und dafür den Server anzulassen - oder umgekehrt. Diese Flexibilität haben wir jetzt nicht, da der Server die einzige Last in seinem System ist und sein Energieverbrauch nicht auf einfache Weise angepasst werden kann.

Energieverbrauch im Netz

Soweit wir wissen, ist dies die erste Lebenszyklusanalyse einer Website die ausschließlich mit erneuerbarer Energie versorgt wird und die Graue Energie ihrer Infrastruktur zur Stromerzeugung und -Speicherung mit enthält. Natürlich ist das aber nicht der gesamte Energieverbrauch, der mit dieser Website zusammenhängt.

Es gibt auch noch die operative und Graue Energie der Infrastruktur des Netzwerks (darunter fällt unser Router, die Übertragungswege des Internets und das Mobilnetzwerk), sowie die operative und Graue Energie der Endgeräte, mit denen unsere Besucher auf unsere Website zugreifen: Smartphones, Tablets, Laptops und Desktop-PCs. Einige dieser Geräte haben relativ niedrigen operativen Energieverbrauch, aber alle haben eine begrenzte Lebensdauer und daher eine relativ hohe Graue Energie.

Der operative Energieverbrauch des Netzes besitzt einen Sockel (auch wenn keine Daten übertragen werden, wird noch Strom verbraucht), skaliert darüberhinaus aber mit dem Brutto-Datenverkehr, also den tatsächlich übertragenen Bits pro Zeit. Daher ist unsere sehr schlanke Website bei der Übertragung genauso effizient wie beim Hosting auf unserem eigenen Server. Wir haben aber wenig bis keinen Einfluss darauf, mit welchen Geräten die Menschen auf unsere Website zugreifen und sie anzeigen, und hier wirkt sich der direkte Vorteil unseres schlanken Webdesigns auch weniger aus als beim Hosting und bei der Übertragung. Zwar hat unsere Website im Prinzip das Potenzial, die Lebensdauer von Endgeräten zu verlängern, denn sie ist schlank genug, um auch auf alten Geräten noch gut auszusehen und schnell geladen zu werden. Leider wird unsere Website allein aber kaum dazu führen, dass die Menschen ihre Endgeräte länger behalten.

Sowohl das Netz als auch Endgeräte könnten ähnlich der solarbetriebenen Website neu gedacht werden.

Auch wenn wir uns diese Begrenzung klar machen, können wir aber sowohl die Netzinfrastruktur als auch Endgeräte ähnlich der Konzepte der solarbetriebenen Website neu denken. Sie könnten herunterskaliert und durch erneuerbare Energien und mit begrenzten Energiespeichern versorgt werden. Teile der Netzinfrastruktur könnten sich bei schlechtem Wetter abschalten; eine Email könnte von einem Gewitter in 3.000km Entfernung zeitweilig aufgehalten werden. Tatsächlich gibt es in manchen Ländern.

Man geht typisch davon aus, dass der gesamte Energieverbrauch des Internets ungefähr zwischen Servern, der Übertragungsinfrastruktur und den Endgeräten gleichverteilt ist (wenn man den operativen und auch den Verbrauch an Grauer Energie betrachtet). Daher können wir zum Schluss eine grobe Abschätzung machen, wie der gesamte Energieverbrauch dieser Website aussehen könnte, wenn das Internet wie oben beschrieben neu gedacht würde. Für unser ursprüngliches Setup mit 95,2% Verfügbarkeit wären das 87,6kWh äquivalenter Primärenergie, oder 9 Liter Öl beziehungsweise 27kg CO2-Emissionen pro Jahr. Die möglichen Verbesserungen, die wir oben ausgeführt haben, könnten diese Werte auch insgesamt weiter reduzieren helfen, denn bei dieser Abschätzung gehen wir ja davon aus, dass das gesamte Internet von solaren Inselnetzen auf Balkons versorgt wird… nur eben etwas größer dimensioniert.

Mit Dank an Kathy Vanhout, Adriana Parra und Gauthier Roussilhe

die Speicherkapazität für unser ursprüngliches Setup ist eine Schätzung. Tatsächlich haben wir während dieses Zeitraums den solar versorgten Server zusammen mit einem 24Wh (3,7V; 6,6A) LiPo-Akku betrieben und einen sehr alten Bleiakku von 84,4Wh zwischen den LiPo-Akku und den Laderegler gehängt, um beide Systeme kompatibel zu machen. Die Grenzspannung des Bleiakkus war im Sommer relativ hoch eingestellt (das bedeutete praktisch, dass wir das System fast nur mit dem LiPo-Akku versorgten) und im Winter niedriger (so dass der Bleiakku die Stromversorgung in den dunklen Stunden mittrug). Dieses relativ komplizierte Setup mussten wir deshalb wählen, da wir nur für den LiPo-Akku eine Ladestandsmessung durchführen konnten. Diese benötigten wir für unsere online-Batterieanzeige. Im November 2019 entwickelten wir unsere eigene Ladestandsanzeige für den Bleiakku, so dass wir den LiPo-Akku aus unserem System entfernen konnten. ↩︎
“Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)” (PDF) and “Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)” (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005 ↩︎
Zhong, Shan, Pratiksha Rakhe, and Joshua M. Pearce. “Energy payback time of a solar photovoltaic powered waste plastic recyclebot system.” Recycling 2.2 (2017): 10. ↩︎
Es gibt nur wenig nutzbare Forschungsergebnisse zur Grauen Energie von Solar-Ladereglern. Die meisten Studien haben ihren Schwerpunkt auf großen photovoltaischen Systemen, bei denen die Graue Energie der Laderegler verglichen mit derjenigen der Solarpanels vernachlässigt werden können. Das brauchbarste Datum, welches wir fanden, gab einen Wert von 1 Megajoule pro Watt an, bezogen auf die Nennleistung des Ladereglers (Quelle: Kim, Bunthern, et al. “Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries.” Journal of cleaner production 208 (2019): 1459-1468.). Für eine Nennleistung von 120W bedeutet das 120MJ oder 33,33kWh. Für die erwartete Lebensdauer fanden wir Werte von 7 Jahren und 12,5 Jahren (Quellen: einerseits dieselbe wie oben, und andererseits Kim, Bunthern, et al. “Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment.” IECON 2016-42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016.). Wir entschieden, für unsere Berechnungen eine Lebensdauer von 10 Jahren anzunehmen. ↩︎
Es gibt unseres Wissens keine Forschungsergebnisse zur Grauen Energie unseres Webservers. Wir berechneten die Graue Energie ausgehend von der Lebenszyklusanalyse eines Smartphones (Quelle: rcan, Mine & Malmodin, Jens & Bergmark, Pernilla & Kimfalk, Emma & Nilsson, Ellinor. (2016). Life Cycle Assessment of a Smartphone 10.2991/ict4s-16.2016.15.). Wir wissen nicht, was die erwartete Lebensdauer des Servers ist, aber da unser Olimex für industriellen Einsatz gedacht ist (anders als zum Beispiel ein Raspberri Pi), gehen wir davon aus, dass wir wie beim Laderegler eine Lebensdauer von 10 Jahren annehmen können. ↩︎
De Decker, Kris. “How sustainable is solar PV power?”, Low-tech Magazine, May 2015. ↩︎