Майнинг Bitcoin на солнечной энергии начинается с расчёта электрической нагрузки ASIC-майнеров и планируемых часов работы. Рассчитайте суммарную нагрузку объекта, сравните её с локальной почасовой выработкой солнечной энергии, а затем определите, какая поддержка от сети или аккумуляторов потребуется для покрытия разрывов. Например, майнер с потреблением 3,645 кВт расходует 87,48 кВт·ч за 24 часа — ещё до добавления внешнего охлаждения и прочих нагрузок объекта.\n\nОборудование для майнинга Bitcoin потребляет относительно стабильную, высокую мощность во время работы, в то время как выработка солнечных фотоэлектрических (PV) установок меняется в зависимости от часа, погоды, сезона и ориентации панелей. Номинальная мощность панелей или суммарное годовое значение в киловатт-часах сами по себе не позволяют определить, способна ли система обеспечить работу намеченных майнеров. Почасовое моделирование даёт первоначальную энергетическую оценку; также необходимо проверить стабильность электроснабжения и, где применимо, достаточность подзарядки аккумуляторов.\n\n## Определите нагрузку ASIC\n\nПервый шаг — определить, какая модель ASIC будет использоваться, в каком режиме питания, и что ещё потребляет электроэнергию на объекте. В спецификациях производителя указывается показатель «мощность на входе» (power on wall) — типичное электропотребление майнера при заданных условиях испытаний, отдельно от его хешрейта и показателя энергоэффективности в Дж/ТХ.\n\nВ качестве примера с воздушным охлаждением: ANTMINER S21 XP от BITMAIN имеет заявленный типичный хешрейт 270 ТХ/с, потребление на входе 3 645 Вт и эффективность 13,5 Дж/ТХ при указанных производителем условиях. За 24 часа при таком потреблении один майнер расходует 3,645 кВт × 24 ч = 87,48 кВт·ч. За шестичасовой период работы по расписанию тот же майнер потребляет 3,645 кВт × 6 ч = 21,87 кВт·ч. Это показатели только для самого ASIC: они включают собственные вентиляторы устройства и потери блока питания, но не учитывают внешнюю вентиляцию, сетевое оборудование и потери в других частях энергосистемы объекта. Не добавляйте повторно внутренние потери блока питания ASIC к показателю мощности на входе. См. руководство по продукту S21 XP.\n\nASIC с жидкостным охлаждением добавляют дополнительную нагрузку вне самого майнера. BITMAIN S23 Hyd. имеет заявленный типичный хешрейт 580 ТХ/с и потребление на входе 5 510 Вт при температуре охлаждающей жидкости на входе 35°C, что даёт примерно 9,5 Дж/ТХ при указанных условиях. Устройству требуется трёхфазное электропитание 380–415 В с максимальным входным током 12 А, а также контур охлаждающей жидкости со своими требованиями к расходу и температуре. Циркуляционные насосы и сухие охладители потребляют энергию отдельно от заявленного показателя самого ASIC и должны добавляться к нагрузке объекта, если иное прямо не указано в спецификации производителя. См. руководство по продукту S23 Hyd..\n\nДля практической оценки нагрузки объекта в целях планирования суммируются: мощность ASIC, мощность системы охлаждения, сетевое и мониторинговое оборудование, а также любые прочие нагрузки объекта, такие как освещение или системы управления. Это плановая сумма, а не официально признанный отраслевой показатель, и её точность зависит от использования заявленных производителем условий испытаний и от учёта всего оборудования, фактически необходимого для работы майнеров.\n\n## Составьте карту выработки по часам\n\nМощность и энергия — не взаимозаменяемые понятия: мощность, измеряемая в киловаттах, описывает, сколько потребляется в данный момент, в то время как энергия, измеряемая в киловатт-часах, описывает потребление за период времени. Выработку солнечной энергии следует моделировать так же, как и нагрузку, — почасово, а не в виде единого годового итога.\n\nТакие инструменты, как PVWatts, оценивают выработку PV-систем на основе данных о солнечном ресурсе для конкретной локации и могут выдавать почасовые или помесячные результаты, а не только годовой показатель. По умолчанию показатель системных потерь в PVWatts составляет 14%, с настраиваемыми категориями, такими как загрязнение, затенение, потери в проводке и возраст оборудования; это значение по умолчанию не следует рассматривать как универсальный реальный показатель потерь для любой установки. Эффективность преобразования инвертора моделируется отдельно от этого показателя потерь. См. документацию по выходным данным PVWatts и руководство по системным потерям.\n\nСравнивайте выработку и потребление на одной и той же электрической границе. При использовании значения выходной мощности переменного тока (AC) из PVWatts не вычитайте повторно смоделированные потери инвертора или системы. Добавляйте только те потери, которые возникают между этой граничной точкой и нагрузками, ещё не учтёнными ранее. Потери при зарядке и разрядке аккумуляторов также следует учитывать один раз, по их соответствующим путям.\n\nМассив панелей, вырабатывающий достаточно энергии за весь год, всё же может генерировать мало или совсем не генерировать энергию в течение нескольких часов после захода солнца или во время продолжительной облачности. Сравнение почасовой выработки солнечной энергии с почасовой нагрузкой позволяет выявить вероятные избытки и дефициты энергии, однако почасовое усреднение может скрывать более короткие просадки мощности. Система, предназначенная для работы без подключения к сети, также должна поддерживать требуемые майнерами напряжение и частоту и реагировать на быстрые изменения выработки. Обычные сетевые инверторы (grid-following), зависящие от внешнего сетевого эталона, не подходят для автономной работы — для неё требуется оборудование, специально рассчитанное на эту задачу. См. руководство Министерства энергетики США по инверторам.\n\n## Сценарии с подключением к сети и с аккумуляторами\n\nПосле того как почасовой профиль выработки сопоставлен с нагрузкой, становятся актуальными три основные конфигурации, и каждая из них по-разному распределяет затраты и риски.\n\nПри конструкции с подключением к сети (grid-tied) солнечная энергия используется, когда она доступна, а недостающая часть покрывается электроэнергией из сети — то есть фактически приобретается энергия на те часы, когда солнечная генерация не может обеспечить потребление. Это позволяет избежать капитальных затрат на аккумуляторы, но означает, что часть общих затрат на электроэнергию для предприятия остаётся привязанной к сетевым тарифам и их собственным сезонным колебаниям или колебаниям по времени суток.

Конструкция с резервированием от аккумуляторов накапливает избыточную солнечную энергию и расходует её в периоды низкой выработки. Она может обеспечить непрерывный майнинг без подключения к сети только в том случае, если генерация, накопление энергии и автономная энергосистема способны удовлетворять спрос на протяжении всех смоделированных условий. Важны два отдельных параметра аккумулятора: энергетическая ёмкость в кВт·ч и непрерывная мощность разряда в кВт.

Для предварительной оценки одного периода разряда:

Требуемая номинальная ёмкость аккумулятора (кВт·ч) ≈ AC-энергия, которую должен обеспечить аккумулятор (кВт·ч) ÷ (используемая доля номинальной ёмкости × КПД тракта разряда)

Используемая доля — это запланированный рабочий диапазон между верхним и нижним пределами уровня заряда. Расчёт предполагает, что аккумулятор начинает работу с верхнего предела, а КПД выражены в виде десятичных дробей. Если поставщик указывает используемую ёмкость для этого же диапазона, не применяйте используемую долю повторно. Уточните, измеряется ли указанная им энергия на клеммах аккумулятора или на выходе переменного тока (AC). Это предварительная оценка, не учитывающая поправки на температуру, старение и резервную ёмкость. См. рекомендации SAM по расчёту размера аккумулятора.

Простой пример на ночной период

Предположим, что один S21 XP работает с постоянной мощностью 3,645 кВт, без учёта внешних нагрузок, и аккумулятор должен обеспечивать всё питание в течение 12 часов. Для иллюстрации примем используемый диапазон ёмкости 80% и КПД 90% на пути от накопленной в аккумуляторе энергии до нагрузки переменного тока:

• Ночная AC-энергия: 3,645 кВт × 12 ч = 43,74 кВт·ч.
• Номинальная ёмкость аккумулятора: 43,74 ÷ (0,80 × 0,90) = 60,75 кВт·ч.
• Требуемая непрерывная выходная AC-мощность: не менее 3,645 кВт только для майнера.

Это учитывает лишь один период разряда. Если зарядка со стороны переменного тока в накопленную энергию аккумулятора имеет КПД 95%, то для восполнения энергии, израсходованной за ночь, потребуется 43,74 ÷ (0,90 × 0,95) ≈ 51,16 кВт·ч энергии AC-зарядки. Работа майнера оставшиеся 12 часов также требует 43,74 кВт·ч, так что упрощённая суточная потребность составляет примерно 94,90 кВт·ч солнечной AC-энергии, поставляемой в пригодное для использования время.

Эти значения КПД и разделение на 12-часовые интервалы являются иллюстративными допущениями, а не спецификациями оборудования или солнечным прогнозом. Солнечная батарея должна обслуживать майнер, одновременно обеспечивая мощность зарядки, в пределах ограничений заряда аккумулятора. Реальные нагрузки на объекте, потери за пределами указанных границ, эксплуатационные запасы и погодные условия могут увеличить эту потребность. Для выбора ёмкости батареи и количества панелей по-прежнему требуется почасовая модель, учитывающая специфику конкретного местоположения.

Гибридная конструкция сочетает аккумуляторы с поддержкой от сети или генератора на случай более продолжительных дефицитов энергии. Выбор между этими конфигурациями зависит от солнечного профиля объекта, стоимости закупаемой электроэнергии, стоимости аккумуляторов и инверторов, а также допустимости плановых простоев.

Моделирование прерывистой работы

Для любого часа, когда солнечная генерация не покрывает нагрузку, дефицит должен восполняться разрядом аккумулятора, сетевым питанием, генератором или снижением майнинговой нагрузки за счёт планового отключения. Моделируйте последовательные часы, перенося уровень заряда аккумулятора вперёд, с учётом потерь при зарядке и разрядке и ограничений по мощности. Не предполагайте, что он каждый вечер начинается полностью заряженным: дневного избытка энергии должно хватать как на его подзарядку, так и на обслуживание работающих майнеров. Результаты моделирования аккумуляторов SAM иллюстрируют раздельный учёт накопленного заряда, энергии зарядки и выходной энергии разряда.

Используйте данные почасовой генерации и нагрузки за полный год, чтобы учесть сезонные различия, и анализируйте продолжительные периоды низкой генерации, если целью является непрерывная работа. Фиксируйте непокрытую нагрузку или сокращённый майнинг, а не рассматривайте разряженный аккумулятор как доступный источник энергии. Для работы без поддержки сети или аккумулятора краткосрочные колебания также требуют совместимых средств управления питанием и поведения при отключении/перезапуске; одного почасового энергобаланса недостаточно для подтверждения бесперебойной работы.

Температура также влияет на сторону ASIC в этой модели. Кривая производительности BITMAIN S21 XP показывает снижение заявленного хешрейта с 270 TH/s до 252 TH/s и рост заявленной эффективности с 13,5 Дж/TH до 15,3 Дж/TH по мере роста температуры окружающей среды от базового условия производителя до 45°C. На объектах с ограниченной мощностью охлаждения или высокой температурой окружающей среды в часы пиковой солнечной генерации следует использовать заявленную производителем производительность при ожидаемой рабочей температуре, а не базовую спецификацию. См. кривые производительности S21 XP.

Поскольку доходность майнинга BTC зависит от сложности сети, реализованного хешрейта майнера и условий по комиссиям за транзакции, энергетическую модель и модель доходности следует рассматривать раздельно. Используйте явные допущения для этих изменяющихся параметров, а не экстраполируйте текущий срез данных по сети на долгосрочный прогноз. Цена BTC влияет на фиатную стоимость доходов, но сама по себе не влияет на объём добытых BTC.

После установки сопоставление показаний панели ASIC, измеренной мощности на объекте, статуса воркеров и оценочного хешрейта, сообщаемых пулом, а также начисленного дохода в BTC помогает подтвердить, что модель прерывистой работы соответствует реальным результатам на объекте. Документация ViaBTC по майнингу BTC описывает настройку майнинга и проверку статуса работы и доходов через страницы Workers и Earnings. Руководство по проценту отклонённых долей может помочь в интерпретации проблем с отклонёнными долями. Эти данные со стороны пула остаются отдельными от локальной телеметрии ASIC и от показаний счётчика на объекте.

Сравнение общей стоимости проекта

Капитальные затраты проекта солнечного майнинга обычно включают ASIC-устройства, фотоэлектрическую (PV) батарею вместе с её креплением и проводкой, инверторы, любую систему накопителей (батарей), коммутационное оборудование, рассчитанное под пиковую мощность и требования по напряжению объекта, а в конструкциях с жидкостным (гидро-) охлаждением — оборудование циркуляции и отвода тепла. Операционные расходы включают покупку сетевой электроэнергии или электроэнергии от генератора для покрытия дефицита, техническое обслуживание и комиссии пула, связанные с выбранным методом выплат.

Сравнивайте конфигурации за один и тот же расчётный период и относительно одних и тех же целевых часов работы, используя согласованные допущения по охлаждению и температуре. Указывайте фактическое количество часов работы, которое может обеспечить каждая конструкция. Если одна конфигурация требует больше отключений, отражайте эти потерянные часы майнинга наряду с её более низкими затратами; если вычислительная мощность (hashrate) также отличается, сравнивайте реализованную вычислительную мощность за время работы. Для многолетних сравнений включайте явные допущения относительно деградации ёмкости батарей и любых расходов на замену в пределах оценочного периода. Документация SAM по результатам работы батарей разграничивает календарную деградацию и деградацию от циклирования.

Конструкция с подключением к сети без батарей обычно имеет более низкие капитальные затраты, но сохраняет постоянную зависимость от цен на сетевую электроэнергию в те часы, когда солнечная генерация не может покрыть нагрузку. Конструкция с резервированием от батарей повышает капитальные затраты в обмен на снижение зависимости от покупной электроэнергии, причём фактическое снижение зависит от профиля солнечной генерации объекта, возможностей для зарядки и полезной энергии и мощности разряда батареи.

Поскольку цена BTC, сложность сети и уровень комиссий за транзакции меняются со временем, а солнечная генерация варьируется в зависимости от сезона и погоды, сравнение суммарных затрат, построенное на показателях одного дня, следует рассматривать как сценарий, а не как фиксированный результат. Модель электрической нагрузки и генерации даёт вводные данные, необходимые для сравнения затрат; сама по себе она не определяет, будет ли данная конфигурация прибыльной в будущем.

Часто задаваемые вопросы

Сколько солнечных панелей нужно для работы одного ASIC-майнера?

Это зависит от потребляемой мощности майнера «на стене» (power-on-wall), внешних нагрузок объекта, предполагаемых часов работы и местной солнечной выработки. S21 XP с потреблением 3,645 кВт использует 87,48 кВт·ч за 24 часа без учёта внешних нагрузок и потерь в системах хранения. Используйте почасовой профиль генерации объекта, чтобы рассчитать размер батареи, обслуживающей нагрузку и подзарядку любых накопителей; затем переведите выбранную ёмкость батареи в количество панелей, используя номинал выбранной панели.

Может ли майнинг Bitcoin работать только на солнечной энергии, без батарей или подключения к сети?

Да, это возможно в системе, спроектированной для автономной работы, пока солнечная выработка достаточна и стабильна для поддержания нагрузки. Это требует совместимого оборудования преобразования мощности и систем управления, поддерживающих требуемое напряжение и частоту и обрабатывающих падения генерации, включая остановку майнеров при необходимости. Обычное сетевое (grid-following) солнечное оборудование и достаточная почасовая энергия сами по себе не обеспечивают такую возможность. См. руководство Министерства энергетики США по инверторам.

Снижает ли более энергоэффективный ASIC необходимую мощность солнечной установки?

Более низкий показатель Дж/ТХ снижает энергопотребление при заданной вычислительной мощности (hashrate) согласно заявленным производителем условиям, что уменьшает нагрузку, под которую нужно рассчитывать систему, но это не устраняет необходимость моделирования почасовой генерации относительно этой нагрузки, включая любое отдельное оборудование охлаждения или сетевое оборудование.

Одинакова ли стоимость электроэнергии для майнинга Bitcoin независимо от того, поступает ли она от солнечных панелей, сети или генератора?

Нет; каждый источник имеет свою базу затрат — капитальные затраты на панели и батареи против тарифов на покупную сетевую электроэнергию против расходов на топливо и генератор, — поэтому общая стоимость электроэнергии зависит от сочетания используемых источников для покрытия нагрузки за все часы работы, а не от какого-либо одного источника в отдельности.

Источники

• BITMAIN, Руководство по продукту ANTMINER S23 Hyd., версия V1.0.6.
• BITMAIN, Руководство по продукту ANTMINER S21 XP, версия V1.0.10.
• PVWatts, Документация API V8 и Системные потери.
• Министерство энергетики США, Интеграция солнечной энергетики: основы инверторов и сетевых услуг.
• System Advisor Model, Накопители энергии: за счётчиком (Behind the Meter) и Результаты работы батарей.
• Справочный центр ViaBTC, Майнинг BTC и Что делать при высоком уровне отклонений (Rejection Rate)?.