Użyj tego interaktywnego narzędzia do obliczenia kosztów zasilania dla Twojego Raspberry Pi.

Pewien klient zadał mi niewinne pytanie:

Chciałbym użyć Raspberry Pi do dwóch następujących celów:

a) Pi Hole do filtrowania reklam 
b) Baikal-Serwer dla Carddav i Caldav

Które Pi byś polecił, biorąc pod uwagę zużycie prądu, wydzielanie ciepła, itp?

Moja odpowiedź wymagała pewnych badań:

Dla mnie było jasne, że Pi 4 / 4 GB  byłby serwerem mój wybór, oczywiście z Sprawa FLIRC dla pasywnego odprowadzania ciepła. Żadnego hałasu, żadnych ruchomych części. GBit Ethernet, ... ale czy mógłbym z czystym sumieniem polecić Pi 4 klientowi? Czy ludzie mogą rzeczywiście dawać aby obsługiwać Pi 4 non-stop, 365 dni w roku, 24/7?

Odpowiedź Cię zaskoczy. Ja sam byłem zaskoczony!

Podstawy

Zaczniemy od podstaw dla wszystkich tych z nas, którzy fizykę w szkole średniej mają już dawno za sobą:

• Ampery: jest to natężenie prądu (jak dużo energii elektrycznej przepływa przez przewodnik lub urządzenie - wyobraźmy to sobie jako liczbę elektronów przepływających przez rurę w ciągu sekundy)
• Volt: to jest napięcie (możesz to sobie wyobrazić jako ciśnienie, pod którym płyną elektrony - podobne do ciśnienia wody w rurze. Ta sama ilość wody pod różnym ciśnieniem może być przyjemna w Twojej wannie... lub przeciąć stal)
• Volt i Amper razem wzięte dają Watt, moc rzeczywista (określona jako praca na sekundę): 1 W = 1 V * 1 A

Ważną rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, że Wat jest niezależny od napięcia, i niezależny od używanego prądu stałego lub zmiennego (DC lub AC) - jest to faktycznie dostarczona moc. 

Zazwyczaj dostawcy usług komunalnych naliczają opłaty w kWh - kilowatogodzinach. Jest to moc, która jest dostarczana jest sumowana przez czas, w którym została dostarczona. Kilowatogodziny to rzeczywista praca, jaką zakład energetyczny dostarczył do Twojego domu. 

Zużycie energii przez Pi 4

Pi 4 nie jest żarówką. Nie zużywa (i nie dostarcza) tej samej ilości energii w sposób ciągły w czasie. W zależności od tego, do czego jest używany, części jego SoC (srebrny układ scalony na Pi, genialne urządzenie stanowiące rdzeń magii Pi) będą włączane i wyłączane.  

Pi 4 można również porównać do człowieka: jeśli osoba jest w stanie spoczynku, np. ogląda film na swoim Centrum multimedialne KODIpotrzebują o wiele mniej energii niż gdyby biegli w maratonie. Ale to wciąż ta sama osoba.

Z tego powodu ważne jest, aby przyjrzeć się poborowi mocy w stanie spoczynku Pi 4, ale także poborowi mocy pod dużym obciążeniem. 

Ważną rzeczą, o której należy pamiętać przed rozpoczęciem: nie obejmuje to urządzeń zewnętrznych (urządzeń USB, które pobierają energię, na przykład zewnętrznych dysków twardych, dysków SSD, itp.) - ale można je łatwo dodać za pomocą wzorów, które podaję poniżej.

Używam pomiarów mocy z eZnakomity Alex Eames z Raspi.TV jako podstawa do moich obliczeń. Dziękuję ci bardzo, Alex!

Pi 4 pobiera następujące prądy:

• 575 mA na biegu jałowym
• 885 mA podczas ładowania LXDE
• 600 mA do oglądania wideo 1080p 
• 640 mA do nagrywania wideo 1080p

Bierzemy dolną i górną wartość, 575 mA i 885 mA. Zużycie energii przez Pi 4 uśrednione w czasie powinno być czymś pomiędzy. 

Ponieważ urzędnik Zasilacz USB C przy zasilaniu 5,1 V, możemy zamienić mA (m oznacza milli, tysięczną część) na Waty: 

• 2,93 W na biegu jałowym
• 4,51 W podczas ładowania LXDE przez Pi 4

Pi 4 pobiera średnio od 3 do 5 W.

Zasilacz

Nie można pominąć ważnego czynnika, który odgrywa rolę w obliczaniu rzeczywistej mocy pobieranej z sieci! Samo zasilanie. 

Nawet jeśli oficjalny Zasilacz USB C jest bardzo wydajny, nie jest idealny. Zużywa trochę energii na swoje własne obwody.

Zasilacz USB C został certyfikowany zgodnie z Effieciency Marking Protocol (standard wprowadzony w USA). Tutaj jest PDF z dodatkowymi informacjami. 

Standard ten został wprowadzony po tym jak ludzie byli zszokowani faktem, że wiele nieefektywnych zasilaczy (wykorzystujących liniowe regulatory) zużywało do 50 % mocy - niezależnie od tego czy urządzenie, które miało być zasilane było aktywne czy nie! Przewidywano, że około 2010 roku, same zasilacze będą zużywać do 30 % całkowitej mocy w USA. Oczywiście trzeba było coś zrobić z tą sytuacją - co doprowadziło do powstania tego standardu. 

Oficjalny zasilacz ma napięcie 5,1 V i maksymalny prąd 3 A, który jest w stanie dostarczyć. Oznacza to maksymalną moc 15,5 W (5,1 V * 3 A), jaką jest w stanie dostarczyć do Pi. Proszę pamiętać, że pracujemy ze średnimi wartościami - Pi będzie pobierało dużo prądu w bardzo krótkich odstępach czasu, co wymaga więcej niż 4,51 W. Uśrednione w czasie, nawet pod obciążeniem, powinniśmy zobaczyć pobór mocy Alexa mierzone. Co więcej, zasilacz musi również zasilać urządzenia USB, jeśli mamy jakieś podłączone do Pi, co jest uwzględnione w budżecie. 

Zgodnie z normą (VI) oficjalny zasilacz Pi 4 może pobierać maksymalnie 0,1 W podczas pracy na biegu jałowym - czyli bez podłączonego Pi. (Rzeczywista wartość w arkuszu danych wynosi maksymalnie 0,075 W).

Standard wymaga również, że jeśli Pi 4 jest zasilany, sprawność konwersji mocy musi wynosić co najmniej:

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

Jest to logarytm naturalny, Pout to moc wyjściowa do Pi. Na szczęście jest Excel, który może chrupać liczby dla nas:

• sprawność minimum 69 % dla Pi 4 na biegu jałowym 
• wydajność minimum 73 % dla Pi 4 podczas ładowania LXDE

Jeśli Pi 4 pracuje ciężko, zasilacz musi być bardziej wydajny - ciekawe spostrzeżenie! 

Zgodnie z datasheetem zasilacza Pi 4 minimalna sprawność przy obciążeniu 10 % wynosi 72 %, a minimalna 81 % przy obciążeniu 100 % / 75 % / 50 % / 25 %. W dalszym ciągu będę posługiwał się wartościami, które wyliczyłem powyżej, gdyż powinny być one możliwe do zastosowania w każdym innym zasilaczu z certyfikatem VI. 

Po podłączeniu do gniazdka Pi 4 rzeczywiście pobiera prąd:

• 4,22 W mocy na biegu jałowym
• 6,20 W mocy podczas ładowania LXDE

Obliczane dla całego roku

Dzień ma 24 godziny, rok ma 365 dni (przez większość czasu). Kilowatogodziny są tym, czym mówią, że są: 1000 W * ilość godzin:

• 36,98 kWh zużycie energii na biegu jałowym rocznie
• 54,28 kWh zużycia energii podczas ładowania LXDE na rok
• 0,88 kWh, jeśli zasilacz dla Pi 4 byłby podłączony do gniazdka 365/24/7 - bez Pi. (Rzeczywista wartość jest jeszcze niższa, ponieważ arkusz danych podaje maksymalną moc 0,075 W.)

Proszę mi po prostu powiedzieć, ile to kosztuje

Ceny energii ulegają obecnie wahaniom. W Niemczech należą one do najwyższych w Europie - nawet po uwzględnieniu korekty dochodów. Do obliczeń użyłem ceny 32,8 centów za kWh, według te dwa źródła. Cena może być dla Państwa niższa - w takim przypadku prosimy o ponowne wykonanie obliczeń! 

Zamieszczam również ceny, które oszacowałem dla Wielkiej Brytanii - które są znacznie niższe. Użyłem ten strona jako źródło:

• średnio 13 pensów za kWh
• 20 % VAT
• 1,17783 € / GBP
• = 18,39 eurocentów za kWh

Czy jesteś gotowy na to, że twój umysł zostanie wysadzony w powietrze?

• 12,13 € koszt energii elektrycznej dla Pi 4 na biegu jałowym 365 / 24 / 7
  • 6,80 € koszt energii w Wielkiej Brytanii
• 17,80 € koszt energii elektrycznej dla Pi 4 pod obciążeniem, 365 / 24 / 7 (przez cały rok!) 
  • 9,98 € koszt energii w Wielkiej Brytanii
• 00,29 € koszt energii dla zasilacza USB C, jeśli jest on po prostu podłączony do gniazdka, bez Pi, przez cały rok
  • 0,16 € w Wielkiej Brytanii
  • Zauważ, że ta wartość jest w rzeczywistości jeszcze niższa, ze względu na to, że zasilacz Raspberry Pi jest jeszcze bardziej wydajny!

I to wszystko z uwzględnieniem podatku VAT! 

Zaskakujące przesłanie tego artykułu (którego sam się nie spodziewałem, choć go piszę!):

Pi 4 to mądra inwestycja, która pozwoli zaoszczędzić pieniądze na zasilaniu!

Ten blogpost autorstwa codinghorror może dać nam przybliżone wyobrażenie o tym, co komputer stacjonarny używa w mocy, w porównaniu. Artykuł jest z 2007 roku, i mówi o 120 do 150 W rzeczywistego wykorzystania (przed wydajności zasilacza). Ale powiedzmy, z uczciwości, że używasz naprawdę energooszczędnego komputera x86 jako mini-serwera. Być może jest to stary notebook. I że ten komputer x86 (pobór mocy z gniazdka) zużywa tylko 10 razy więcej niż Pi 4:

• 62 W średnio
• 543 kWh rocznie
• 178,14 € rocznego kosztu energii dla naprawdę energooszczędnego serwera x86
  • 99,87 € koszt energii w Wielkiej Brytanii

Rzeczywisty różnica pomiędzy Pi 4 a "wydajnym serwerem x86" z Twojej kieszeni, tylko ze względu na zużycie energii, są 160,34 € na rok! W zależności od tego, jak "gruby" jest Twój serwer, jak mało wydajny jest jego zasilacz, możesz liczyć na jeszcze większe oszczędności! 

Gwoli sprawiedliwości trzeba przyznać, że istnieją również całkiem wydajne energetycznie układy Intel Atom SoC, które pobierają mniej energii - wg. do tego artykułu, mamy gdzieś pomiędzy 10 a 15 W na biegu jałowym. Nadal jest to około dwa do trzech razy więcej niż w przypadku Pi)!

Nasz zestaw Pi 4 comfort oszczędza Państwa pieniądze już w pierwszym roku eksploatacji!

Podczas pracy małego serwera 24/7, nasze Pi 4 zestaw komfortowy pozwoli Ci zaoszczędzić pieniądze w porównaniu z klasycznym komputerem stacjonarnym jako serwerem:

• Pi 4 Comfort Set: 95 €
• wysyłka (na terenie Niemiec): 4,99 €
• zużycie energii: 17,80 €
• Całkowity koszt w pierwszym roku: 117,79 €
• Oszczędzasz, w porównaniu z x86: 60,35 €.

TAK! Oszczędzasz pieniądze, już w pierwszym roku posiadania! Nawet biorąc pod uwagę koszt zakupu Pi 4 - po prostu oszczędzając na mocy!

Dlaczego nie wykorzystać tych oszczędności na zakup drugiego Pi 4 / 4 GB jako prezent dla przyjaciela? W rzeczywistości podarujesz prezent pieniężny - z rocznym zyskiem w postaci oszczędności kosztów energii, rok po roku!

Pi 4 wspiera naszą zieloną planetę - czas pozbyć się naszych starych serwerów x86, które i tak przez większość czasu pracują na biegu jałowym (nie wykorzystując w pełni swoich możliwości) - sama oszczędność energii może uzasadniać zakup Pi 4!

Uwaga: Ludzie, którzy mają szczęście mieć tańsze koszty energii, jak w Wielkiej Brytanii, będą w stanie zrealizować oszczędności w ciągu dwóch lat, a następnie z roku na rok czerpać korzyści! Niewiele inwestycji zwraca się tak szybko i zaczyna przynosić korzyści. 

Tagi: Oszczędność energii, Ekonomia, Zielona energia, Zielona planeta, Ökologisch, Ökonomisch, Pi 4, Wydajność energetyczna, Obliczenia energooszczędne, Oszczędzaj energię, Serwer, Strom