Mit diesem interaktiven Tool können Sie die Stromkosten für Ihren Raspberry Pi berechnen.

Ein Kunde stellte mir eine unschuldige Frage:

Ich möchte einen Raspberry Pi für die beiden folgenden Zwecke verwenden:

a) Pi Hole zum Filtern von Anzeigen 
b) Baikal-Server für Carddav und Caldav

Welchen Pi würden Sie unter Berücksichtigung von Stromverbrauch, Wärmeentwicklung usw. empfehlen?

Meine Antwort erforderte einige Nachforschungen:

Für mich war es klar, dass die Pi 4 / 4 GB  wäre der Server von meine Wahl, natürlich mit der FLIRC-Fall für passive Wärmeableitung. Kein Lärm, keine beweglichen Teile. GBit-Ethernet, ... aber kann ich dem Kunden den Pi 4 mit gutem Gewissen empfehlen? Können die Leute tatsächlich leisten den Pi 4 nonstop, 365 Tage im Jahr, 24/7 zu betreiben?

Die Antwort wird Sie überraschen. Ich war selbst überrascht!

Grundlagen

Wir beginnen mit einigen Grundlagen für all diejenigen, die die Physik in der Schule schon lange hinter sich gelassen haben:

• AmpereStromstärke: Dies ist der Leistungsstrom (wie viel elektrische Energie durch einen Leiter oder ein Gerät fließt - stellen Sie sich dies als Anzahl der Elektronen vor, die pro Sekunde durch das Rohr fließen)
• VoltDies ist die Spannung (Sie können sich dies als den Druck vorstellen, unter dem die Elektronen fließen - ähnlich dem Wasserdruck in einem Rohr. Dieselbe Menge Wasser unter unterschiedlichem Druck kann in Ihrer Badewanne angenehm sein... oder Stahl durchschneiden)
• Volt und Ampere zusammengenommen ergeben Watt, die tatsächliche Leistung (definiert als Arbeit pro Sekunde): 1 W = 1 V * 1 A

Wichtig ist, dass die Wattzahl unabhängig von der Spannung ist und unabhängig davon, ob Gleich- oder Wechselstrom verwendet wird (DC oder AC) - es ist die tatsächliche abgegebene Leistung. 

In der Regel rechnen die Versorger in kWh - Kilowattstunden - ab. Das ist die gelieferte Leistung, die über die Zeit summiert wird, in der sie geliefert wurde. Die Kilowattstunden sind die tatsächliche Arbeit, die der Energieversorger an Ihr Haus geliefert hat. 

Pi 4 Stromverbrauch

Der Pi 4 ist keine Glühbirne. Er verbraucht (und liefert) nicht ständig die gleiche Menge an Strom. Je nachdem, wofür Sie ihn verwenden, werden Teile seines SoC (der silberne Chip auf dem Pi, das geniale Gerät, das den Kern der Magie des Pi ausmacht) ein- und ausgeschaltet.  

Der Pi 4 kann auch mit einem Menschen verglichen werden: Wenn die Person sich ausruht, zum Beispiel einen Film auf ihrem KODI-MedienzentrumSie brauchen viel weniger Energie, als wenn sie einen Marathon laufen würden. Trotzdem handelt es sich um dieselbe Person.

Aus diesem Grund ist es wichtig, den Stromverbrauch des Pi 4 im Leerlauf zu betrachten, aber auch den Stromverbrauch unter hoher Last. 

Ein wichtiger Hinweis vorweg: Externe Geräte (USB-Geräte, die Strom verbrauchen, z. B. externe Festplatten, SSDs usw.) sind hier noch nicht berücksichtigt - Sie können sie aber mit den unten aufgeführten Formeln leicht hinzufügen.

Ich verwende die Leistungsmessungen des excellent Alex Eames von Raspi.TV als Grundlage für meine Berechnungen. Herzlichen Dank, Alex!

Der Pi 4 nimmt die folgenden Ströme auf:

• 575 mA im Leerlauf
• 885 mA, während LXDE geladen wird
• 600 mA zur Anzeige von 1080p-Videos 
• 640 mA für 1080p-Videoaufnahmen

Wir nehmen den unteren und oberen Wert, 575 mA und 885 mA. Der durchschnittliche Stromverbrauch des Pi 4 sollte in etwa dazwischen liegen. 

Weil die offizielle USB-C-Stromversorgung 5,1 V liefert, können wir die mA (m steht für Milli, ein Tausendstel) in Watt umwandeln: 

• 2,93 W im Leerlauf
• 4,51 W, während der Pi 4 LXDE lädt

Der Pi 4 verbraucht im Durchschnitt zwischen 3 und 5 W.

Die Stromversorgung

Wir sollten einen wichtigen Faktor nicht außer Acht lassen, der bei der Berechnung der tatsächlich vom Versorgungsunternehmen bezogenen Leistung eine Rolle spielt! Die Energieversorgung selbst. 

Auch wenn die offizielle USB-C-Stromversorgung sehr effizient ist, ist er nicht perfekt. Er verbraucht etwas Strom für seine eigenen Schaltkreise.

Das USB-C-Netzteil wurde nach dem Effieciency Marking Protocol (einem in den USA eingeführten Standard) zertifiziert. Hier ist ein PDF mit weiteren Hintergrundinformationen. 

Diese Norm wurde eingeführt, nachdem man schockiert festgestellt hatte, dass viele ineffiziente Netzteile (mit linearen Reglern) bis zu 50 % des Stroms selbst verbrauchten - unabhängig davon, ob das Gerät, das sie versorgen sollten, aktiv war oder nicht! Es wurde vorhergesagt, dass um das Jahr 2010 herum die Netzteile allein bis zu 30 % des gesamten Stromverbrauchs in den USA verbrauchen würden. Natürlich musste etwas gegen diese Situation unternommen werden - was zu dieser Norm führte. 

Die offizielle Stromversorgung hat eine Spannung von 5,1 V und eine maximale Stromstärke von 3 A, die es liefern kann. Dies entspricht einer maximalen Leistung von 15,5 W (5,1 V * 3 A), die er an den Pi liefern kann. Bitte bedenken Sie, dass wir hier mit Durchschnittswerten arbeiten - der Pi wird in sehr kurzen Intervallen sehr viel Strom verbrauchen, so dass mehr als die 4,51 W zur Verfügung stehen müssen. Über die Zeit gemittelt, auch unter Last, sollten wir die von Alex gemessene Leistungsaufnahme sehen. Darüber hinaus muss das Netzteil auch USB-Geräte mit Strom versorgen, falls Sie welche an den Pi angeschlossen haben, was im Budget berücksichtigt ist. 

Nach der Norm (VI) darf das offizielle Pi 4-Netzteil maximal 0,1 W im Leerlauf, d. h. wenn kein Pi angeschlossen ist. (Der tatsächliche Wert im Datenblatt beträgt maximal 0,075 W)

Die Norm verlangt außerdem, dass der Pi 4 mit Strom versorgt wird und dass der Wirkungsgrad der Stromumwandlung mindestens so hoch sein muss:

0,0834 x ln ( Pout) - 0,0014 x Pout + 0,609

Dies ist der natürliche Logarithmus, Pout ist die an den Pi abgegebene Leistung. Glücklicherweise gibt es Excel, das die Zahlen für uns berechnen kann:

• einen Wirkungsgrad von mindestens 69 % für den Pi 4 im Leerlauf 
• mindestens 73 % Effizienz für den Pi 4, während er LXDE lädt

Wenn der Pi 4 hart arbeitet, muss die Stromversorgung effizienter sein - eine interessante Erkenntnis! 

Laut Datenblatt des Pi 4-Netzteils beträgt der Mindestwirkungsgrad bei 10 % Last 72 % und mindestens 81 % bei 100 % / 75 % / 50 % / 25 % Last. Ich werde die von mir oben berechneten Werte weiter verwenden, da sie auch für jedes andere Netzteil mit VI-Zertifizierung gelten sollten. 

An der Steckdose zieht der Pi 4 tatsächlich Strom:

• 4,22 W Leistung im Leerlauf
• 6,20 W Leistung während LXDE geladen wird

Berechnet für ein ganzes Jahr

Ein Tag hat 24 Stunden, das Jahr hat 365 Tage (meistens). Die Kilowattstunden sind so, wie sie angegeben sind: 1000 W * Anzahl der Stunden:

• 36,98 kWh Stromverbrauch im Leerlauf pro Jahr
• 54,28 kWh Stromverbrauch beim Laden von LXDE pro Jahr
• 0,88 kWh, wenn das Netzteil für den Pi 4 365/24/7 in die Steckdose gesteckt würde - ohne Pi. (Tatsächlicher Wert noch niedriger, da das Datenblatt maximal 0,075 W angibt)

Bitte sagen Sie mir einfach, wie viel es kostet

Die Energiepreise schwanken derzeit. In Deutschland gehören sie zu den höchsten in Europa - auch unter Berücksichtigung der Einkommensbereinigung. Für die Berechnungen habe ich einen Preis von 32,8 Cent pro kWh verwendet, laut diese zwei Quellen. Der Preis könnte für Sie niedriger sein - bitte rechnen Sie in diesem Fall noch einmal nach! 

Ich werde auch die Preise angeben, die ich für das Vereinigte Königreich veranschlagt habe und die deutlich niedriger sind. Ich habe verwendet diese Website als Quelle:

• 13 Pence pro kWh im Durchschnitt
• 20 % MEHRWERTSTEUER
• 1,17783 € / GBP
• = 18,39 Euro-Cent pro kWh

Sind Sie bereit, sich überraschen zu lassen?

• 12,13 € Stromkosten für die Pi 4 im Leerlauf 365 / 24 / 7
  • 6,80 € Stromkosten in Großbritannien
• 17,80 € Stromkosten für den Pi 4 unter Last, 365 / 24 / 7 (das ganze Jahr hindurch!) 
  • 9,98 € Stromkosten in Großbritannien
• 00,29 € Stromkosten für das USB-C-Netzteil, wenn es einfach in die Steckdose gesteckt wird, ohne Pi, ein ganzes Jahr lang
  • 0,16 € in Großbritannien
  • Beachten Sie, dass dieser Wert sogar noch niedriger ist, da die Stromversorgung des Raspberry Pi noch effizienter ist!

Und das alles inklusive Mehrwertsteuer! 

Die überraschende Botschaft dieses Artikels (die ich selbst nie erwartet hätte, obwohl ich sie schreibe!):

Ein Pi 4 ist eine clevere Investition, um Strom zu sparen!

Dieser Blogpost von codinghorror kann uns einen groben Anhaltspunkt dafür geben, was ein Desktop-Computer im Vergleich dazu an Strom verbraucht. Der Artikel stammt aus dem Jahr 2007 und spricht von einem tatsächlichen Verbrauch von 120 bis 150 W (vor der Effizienz des Netzteils). Aber nehmen wir der Fairness halber einmal an, dass Sie einen wirklich stromsparenden x86-Computer als Mini-Server verwenden. Möglicherweise ein altes Notebook. Und dass dieser x86-Rechner (Stromaufnahme aus der Steckdose) nur das 10-fache eines Pi 4 verbraucht:

• 62 W im Durchschnitt
• 543 kWh pro Jahr
• 178,14 € Stromkosten pro Jahr für Ihren wirklich stromsparenden x86-Server
  • 99,87 € Stromkosten in Großbritannien

Der eigentliche Unterschied zwischen dem Pi 4 und dem "effizienten x86-Server" aus Ihrer Tasche, nur für den Stromverbrauch, sind 160,34 € pro Jahr! Je nachdem, wie "fett" Ihr Server ist und wie ineffizient seine Stromversorgung ist, können Sie sogar noch höhere Einsparungen erzielen! 

Fairerweise muss ich zugeben, dass es auch recht stromsparende Intel Atom SoCs gibt, die weniger Strom verbrauchen - laut zu diesem Artikelsind wir irgendwo zwischen 10 und 15 W im Leerlauf. Immer noch zwei- bis dreimal so viel wie der Pi).

Mit unserem Pi 4 Komfort-Set sparen Sie bereits im ersten Betriebsjahr bares Geld!

Beim 24/7-Betrieb eines kleinen Servers ist unser Pi 4 Komfort-Set würde Ihnen im Vergleich zu einem klassischen Desktop-PC als Server Geld sparen:

• Pi 4 Komfort-Set: 95 €
• Versand (innerhalb Deutschlands): 4,99 €
• Stromverbrauch: 17,80 €
• Gesamtkosten im ersten Jahr: 117,79 €
• Sie sparen, im Vergleich zu x86: 60,35 €.

YES! Sie sparen bereits im ersten Jahr des Besitzes Geld! Selbst wenn man die Anschaffungskosten für den Pi 4 berücksichtigt - allein durch die Einsparung von Strom!

Warum nicht die Ersparnisse für den Kauf eines zweiten Pi 4 / 4 GB als Geschenk für einen Freund? Sie verschenken tatsächlich Geld - mit einem jährlichen Gewinn in Form von Stromkosteneinsparungen, Jahr für Jahr!

Der Pi 4 unterstützt unseren grünen Planeten - Zeit, sich von unseren alten x86-Servern zu trennen, die ohnehin die meiste Zeit im Leerlauf laufen (und nicht wirklich ihre vollen Kapazitäten/Möglichkeiten ausschöpfen). Allein die Stromeinsparungen könnten den Kauf eines Pi 4 rechtfertigen.!

Hinweis: Menschen, die das Glück haben, wie in Großbritannien günstigere Stromkosten zu haben, werden die Einsparungen innerhalb von zwei Jahren realisieren können und danach Jahr für Jahr profitieren! Nur wenige Investitionen zahlen sich so schnell aus und beginnen, Vorteile zu bringen. 

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