Dissenyen un sistema fotovoltaic domèstic per proveir d'energia les dades al núvol

Gestos tan senzills com ara enviar un correu electrònic o desar una fotografia al núvol generen una despesa energètica que, multiplicada per tots els usuaris del món, arriba als 200 TWh (terawatts per hora), segons dades de Masanet sobre el consum total dels centres de dades. Perquè ens fem una idea de què significa això, en un país com Espanya, el consum d'energia elèctrica l'any 2020 va ser d'uns 250 TWh, com recull Red Eléctrica de España.

Un equip d'investigadors de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) ha dissenyat un prototip perquè qualsevol persona que pugui instal·lar un sistema fotovoltaic a casa seva, sempre que disposi d'una coberta amb il·luminació solar directa, pugui ser un potencial proveïdor de computació.

«És com les bateries que molts usuaris ja estan incorporant a les seves instal·lacions, és a dir, un element opcional del sistema fotovoltaic», expliquen Borja Martínez i Xavier Vilajosana, autors de l'estudi i investigadors del grup Wireless Networks (WiNe) de l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) de la UOC, del qual el catedràtic Vilajosana és investigador principal.

El prototip dissenyat pels científics, que es descriu a la revista IEEE Transactions on Sustainable Computing, emula tots els components d'una instal·lació fotovoltaica residencial típica.

L'element central del sistema, anomenat broker, és un component de programari que gestiona totes les funcions del sistema i pren les decisions per dur a terme les accions més beneficioses per a l'usuari en cada situació. «Per exemple, el broker és capaç d'actuar sobre màquines que estan apagades i 'despertar-les' per habilitar-hi la computació», detallen els científics.

A més, també han desenvolupat un model predictiu per determinar l'energia solar d'una zona geogràfica i una franja horària determinada, de manera que el broker només «desperti» màquines que tinguin assegurada l'energia necessària per funcionar correctament.

La filosofia del projecte es basa en una economia col·laborativa de suma zero. Com assenyalen els autors, els participants que tenen els recursos físics —màquines alimentades per energia solar— els posen a disposició d'aquelles persones que necessiten computació però a les quals els falta la infraestructura.

En aquest sentit, Martínez i Vilajosana plantegen que hi hagi una compensació per als usuaris que disposen dels recursos energètics, un sistema similar al dels serveis de cotxe compartit: el propietari posa l'espai lliure del seu vehicle a disposició de persones que volen desplaçar-se però que no tenen vehicle propi, i ell rep una compensació que l'ajuda a assumir les despeses del viatge.

Beneficis per als petits productors

Com que es nodreix d'una font d'energia renovable com és la llum solar, de quina manera afecten el sistema les condicions atmosfèriques adverses? «Si no hi ha sol, l'usuari particular no podrà oferir els seus recursos al pool de computació en aquell moment. Però la idea és que hi hagi molts proveïdors diferents distribuïts geogràficament, perquè sempre hi ha sol en algun lloc», destaquen Martínez i Vilajosana.

A l'altre extrem, si un usuari genera més energia de la que pot consumir o computar, sempre la pot injectar a la xarxa. D'aquesta manera, el petit productor obtindria un benefici en tot moment.

«Nosaltres plantegem recompensar el petit productor per utilitzar un recurs de què ja disposa. I el que ens sembla encara més important és que pensem que aquesta recompensa pot ser un al·licient per instal·lar nous sistemes domèstics en els casos en què sigui possible», ressalten els autors.

Aquest sistema ajudaria a frenar les emissions de gasos d'efecte hivernacle. Una instal·lació domèstica típica, de 6 kW de potència, a Espanya produeix al voltant de 8.000 kWh anuals, i això significa que s'evita l'emissió de més d'una tona de CO₂ anual, calculen els científics.

Una massa crítica per impulsar el canvi

El sistema es basa en la combinació de dues tendències. D'una banda, l'auge recent de la computació distribuïda, una tecnologia que, no obstant això, es va crear fa més de quinze anys i va ser popularitzada per projectes com ara l'estalvi de pantalla de SETI@home, que cercava senyals de vida extraterrestre quan els ordinadors domèstics estaven inactius.

De l'altra, l'evolució de les tecnologies de silici ha fet baixar dràsticament el preu de les plaques solars en els últims anys, i això converteix els sistemes fotovoltaics en instal·lacions competitives.

«En aquests moments es donen les condicions necessàries per crear una massa crítica tant de productors, que són els proveïdors dels recursos de computació, com de consumidors, és a dir, les persones o les empreses que podrien llogar aquests recursos sabent que així contribueixen a millorar el medi ambient», resumeixen Martínez i Vilajosana.

La recerca ha estat possible gràcies a l'equip de Towa Pharmaceutical Europe, SL, que ha col·laborat de manera altruista en el projecte.

Aquesta recerca afavoreix els objectius de desenvolupament sostenible (ODS) següents: el 7, energia neta i assequible; el 9, indústria, innovació i infraestructures; l'11, ciutats i comunitats sostenibles, i el 12, consum i producció responsables.

 

Article de referència

Martínez, B., i Vilajosana, X. «Exploiting the Solar Energy Surplus for Edge Computing». IEEE Transactions on Sustainable Computing. doi: 10.1109/TSUSC.2021.3058588

UOC R&I

La recerca i innovació (R+I) de la UOC contribueix a solucionar els reptes a què s'enfronten les societats globals del segle xxi, mitjançant l'estudi de la interacció entre la tecnologia i les ciències humanes i socials, amb un focus específic en la societat xarxa, l'aprenentatge en línia i la salut digital. Els més de 500 investigadors i 51 grups de recerca s'articulen entorn dels set estudis de la UOC i dos centres de recerca: l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) i l'eHealth Center (eHC).

Els objectius de l'Agenda 2030 de desenvolupament sostenible de les Nacions Unides i el coneixement obert són eixos estratègics de la docència, la recerca i la innovació de la UOC. Més informació: research.uoc.edu. #25anysUOC