(english version of the electricity cost calculator article is now on PiCockpit)
Nutzen Sie das interaktive Tool um den Stromverbrauch Ihres Pis zu schätzen, oder lesen Sie den Artikel um zu verstehen wie wir auf diese Zahlen kommen.
Ein Kunde fragte mich:
ich möchte einen Raspi für folgende Zwecke an meine Fritzbox 7590 anschließen:
a) Pi Hole zum Ausfiltern von Werbung auch und vor allem für das WLAN
b) Baikal-Server für Carddav und Caldav-Zwecke
Welcher wäre am besten im Hinblick auf Wattverbrauch, Wärmeentwicklung etc?
Meine Antwort erforderte Recherche:
Für mich ist klar dass der Pi 4 / 4 GB mit einem FLIRC Gehäuse der Server meiner Wahl wäre. Aber konnte ich den Pi 4 / 4 GB dem Kunden guten Gewissens empfehlen? Kann man sich einen Pi 4 / 4 GB im Dauerbetrieb leisten?
Die Antwort wird Sie überraschen. Sie hat mich selbst überrascht!
Grundlagen
Zunächst aber einige Grundlagen für diejenigen unter uns die mit Strom seit der Schulphysik nicht mehr viel zu tun hatten.
- Ampere: das ist die Stromstärke (wie viel Strom fließt durch - kann man sich als die Zahl der fließenden Elektronen pro Sekunde vorstellen)
- Volt: das ist die Spannung (kann man sich als den Druck vorstellen unter dem die Elektronen fließen - wie Wasserdruck)
- zusammen ergeben Volt und Ampere das Watt, die abgegebene Leistung: 1 W = 1 V * 1 A (Leistung ist als Arbeit pro Zeit definiert)
Wichtig ist dabei dass das Watt unabhängig von der Spannung ist, sowie unabhängig davon ob es sich um Gleichstrom oder Wechselstrom handelt - es ist die abgegebene Leistung.
Die Stadtwerke rechnen in kWh ab - kilowattstunden. D.h. die Leistung über die Zeit zusammengerechnet, die insgesamt geleistete Arbeit durch den Strom.
Pi 4 Stromverbrauch
Der Pi 4 ist keine Glühbirne - er verbraucht (und liefert) nicht kontinuierlich dieselbe Leistung. Je nachdem, was man mit dem Pi 4 macht, werden Teile seines SoC (der silberne Chip am Pi, der das "Rechenwerk" für alles enthält) aktiviert und deaktiviert.
Man kann den Pi 4 hier auch mit einem Menschen vergleichen: wenn der Mensch sich ausruht, beispielsweise einen Film auf seinem KODI Mediencenter anschaut, braucht er wesentlich weniger Energie als wenn er einen Marathon läuft. Und es ist dennoch der gleiche Mensch.
Daher ist es wichtig den Leerlauf Verbrauch des Pi 4 anzuschauen, aber auch den Verbrauch in einem gut ausgelasteten Zustand.
Ferner ein wichtiges Wort vorab: externe Komponenten (USB Geräte die Strom ziehen, externe Festplatten / SSDs bspw.) sind hier nicht hereingerechnet - aber jeder kann gemäß den Formeln die ich hier angebe einfach selbst nachrechnen.
Ich nutze im folgenden die Messungen von Alex Eames von Raspi.TV als Rechengrundlage. Danke Alex!
Der Pi 4 zieht:
- 575 mA im Leerlauf
- 885 mA während er LXDE lädt
- 600 mA um ein 1080p Video anzuzeigen
- 640 mA um ein 1080p Video aufzunehmen
Wir nehmen die Eckwerte, 575 mA und 885 mA, um einen Bereich zu definieren innerhalb dessen der Pi 4 Stromverbrauch wahrscheinlich durchschnittlich real liegen wird.
Nachdem das offizielle Netzteil (siehe unten) mit 5,1 V betrieben wird, können wir die mA (das m steht für milli, also ein Tausendstel) Werte in Watt umrechnen:
- 2,93 W im Leerlauf
- 4,51 W während der Pi 4 LXDE lädt
Die vom Pi 4 benötigte Grundleistung liegt also zwischen ca. 3 und 5 W.
Das Netzteil
Einen wichtigen Faktor bei der Ermittlung des realen, vom Stromanbieter bezogenen Stroms dürfen wir nicht vergessen!
Das offizielle Raspberry Pi Netzteil ist sehr effizient, aber nicht perfekt. Es hat gewisse Effizienzverluste, die für seine eigene Elektronik benötigt werden.
Es wurde nach dem sogenannten Energielevel VI (einem amerikanischen Standard) zertifiziert. Hier gibt es ein PDF mit ausführlichen und technischen Infos.
Dieser Standard wurde ins Leben gerufen nachdem mit Erschrecken festgestellt wurde, dass viele ineffiziente Netzteile (mit Linearwandlern) bis zu 50 % Strom selbst verbrauchen - egal ob das Gerät am Netzteil aktiv ist oder nicht! Es wurde vorhergesagt dass um 2010 herum in den USA die Netzteile alleine ca. 30 % des Stromverbrauchs verursachen würden. Daher wurde dieser Standard ins Leben gerufen.
Das Netzteil hat eine Nennspannung: 5,1 V - die es ausgibt, und eine maximale Stromstärke die es liefern kann (für das offizielle Pi 4 USB C Netzteil sind das 3 A). Auch hier können wir die maximal abgegebene Leistung ermitteln - das sind 15,5 W ( 5,1 V * 3 A).
Nach dem Standard darf das offizielle Pi 4 Netzteil im Leerlauf - d.h. ohne angeschlossenen Raspberry Pi - maximal 0,1 Watt aufnehmen.
Der Standard schreibt für das Pi 4 Netzteil bei angeschlossenem Pi 4 vor, dass die Effizienz mindestens den folgenden Wert haben muss:
0.0834 x ln ( Pout) - 0.0014 x Pout + 0.609
Das ist der natürliche Logarithmus, Pout ist dabei die Ausgangsleistung. Zum Glück gibt es Excel, das für uns die Werte berechnet.
- mindestens 69 % Effizienz für Pi 4 Leerlaufbetrieb
- mindestens 73 % Effizienz für Pi 4 während es LXDE lädt
Wenn der Pi 4 härter arbeitet, arbeitet das Netzteil auch effizienter (bzw. muss es nach Standard effizienter arbeiten) - schon mal eine interessante Erkenntnis!
Die tatsächlich erreichten Werte des Pi 4 Netzteils gemäß Datenblatt sind minimum 72 % bei 10 % Last, sowie minimum 81 % bei 100 % / 75 % / 50 % / 25 % Last), wir rechnen aber mit den gemäß Standard erfüllten Werten weiter da diese für jedes VI zertifizierte Netzteil gelten.
Aus der Steckdose werden also tatsächlich gezogen:
- 4,22 W Leistung im Leerlauf
- 6,20 W Leistung während LXDE geladen wird
Auf das Jahr gerechnet
Ein Tag hat 24 Stunden, das Jahr hat 365 Tage (meistens). Die Kilowattstunden sind einfach das was sie sagen: 1000 W * Zahl der Stunden:
- 36,98 kWh Stromverbrauch im Leerlauf
- 54,28 kWh Stromverbrauch um LXDE zu laden
- 0,88 kWh wenn das Netzteil ohne Pi 4 365/24/7 betrieben werden würde
Und jetzt in Geld bitte
Der Strompreis fluktuiert, und gehört in Deutschland mit zu den höchsten in Europa - auch auf das Einkommen bezogen. Ich habe einen Strompreis von 32,80 Cent pro kWh angenommen. Das scheint mir nach diesen zwei Quellen realistisch. Der Preis könnte für Sie niedriger sein, bitte rechnen Sie es mit Ihrem lokalen Strompreis um.
Sind Sie bereit für das überraschende Resultat?
- 12,13 € Stromkosten für den Pi 4 im Leerlauf 365 / 24 / 7
- 17,80 € Stromkosten für den Pi 4 unter Dauerlast, 365 / 24 / 7 (das ganze Jahr durch!)
- 00,29 € Stromkosten für das USB C Netzteil wenn es ohne Pi in der Steckdose steckt, ein ganzes Jahr Lang
Und das inklusive Mehrwertsteuer!
Die überraschende Botschaft dieses Artikels (die mich selbst vom Hocker gerissen hat, obwohl ich ihn schreibe):
Ein Pi 4 lohnt sich jetzt für Sie rein finanziell gesehen um Strom zu sparen!
Dieser Artikel von codinghorror gibt uns einen groben Anhaltspunkt was ein Desktop-Rechner im Vergleich verbraucht. Der Artikel ist aus 2007, und spricht von zwischen 120 und 150 W. Nehmen wir fairerweise an, dass Sie einen besonders sparsamen x86 Rechner als mini-Server am Start haben (vielleicht ein ausgemustertes Notebook). Und dass dieser (ab Steckdose) nur das 10-fache eines Pi 4 verbraucht:
- 62 W im Durchschnitt
- 543 kWh pro Jahr
- 178,14 € Stromkosten im Jahr für Ihren besonders sparsamen x86 Server
Der Unterschied, rein beim Stromverbrauch, sind 160,34 €! Je nachdem wie "fett" Ihr Server ausgelegt ist, wie ineffizient sein Netzteil ist, könnten da noch deutlich höhere Ersparnisse zusammenkommen!
Fairerweise muss ich auch sagen dass es Intel Atom SoCs gibt, die weniger Strom verbrauchen - gemäß diesem Artikel sind wir da bei 10 - 15 W idle mit dabei - immer noch das zwei bis dreifache eines Pis).
Unser Pi 4 Comfort Set amortisiert sich bereits im ersten Jahr
Bei Dauerbetrieb amortisiert sich so zum Beispiel unser Pi 4 Comfort Set bereits im ersten Jahr gegenüber einem klassischen Desktop PC als Server:
- Pi 4 Comfort Set: 95 €
- Versand: 4,99 €
- Strom: 17,80 €
- Ausgaben gesamt: 117,79 €
- Ihre Ersparnis gegenüber x86: 60,35 €
Ja! Bereits im ersten Jahr sparen Sie unter dem Strich Geld durch den Pi 4 gegenüber einem x86 Rechner, sogar wenn man die Anschaffungskosten mit hereinrechnet! Kaufen Sie doch mit der Ersparnis gleich einem Freund einen Pi 4 / 4 GB als Geschenk - damit schenken Sie ihm pures Geld, in Stromkostenersparnis, Jahr für Jahr :-)
Der Pi 4 macht den Planeten grüner - Zeit unsere alten x86 Server die sich langweilen und Strom verbraten loszuwerden - alleine durch die Stromersparnis kann sich die Neuanschaffung eines Pi 4 lohnen!
Bild von Karsten Wurth @ unsplash
Ergänzende Infos:
1 Ampere ist definiert als 1 Coulomb pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt. Das Couloumb wiederum ist über die Elementarladung e = 1,602 176 634 · 10−19 C definiert. Bei einem Elektronenfluss (wie üblich im Haushalt beim Raspberry Pi :-)) entspricht 1 A ca 6,2 · 1018 (oder 6,2 Trillionen) Elektronen pro Sekunde.
18 comments
Hemora
„Der Pi 4 macht den Planeten grüner – Zeit unsere alten x86 Server die sich langweilen und Strom verbraten loszuwerden.“
Diese Schlussfolgerung ist leider problematisch. Ein stromsparendes Neugerät zu kaufen fühlt sich zwar sauber und grün an. Der hohe Energie-/Ressourcenaufwand bei der Herstellung führt aber dazu, dass es in den wenigsten Fällen ökologisch vorteilhaft ist, ein Altgerät zu ersetzen, nur weil ein neueres sparsamer/effizienter ist. Es dauert oft viele Jahre, bis die Fertigung wieder eingespart ist. Noch schwieriger wird es logischerweise, wenn man das Altgerät bereits mit 100% Ökostrom betrieben hat. Natürlich bräuchte man konkrete Zahlen zum ökologischen Fußabdruck des Altgeräts und der Raspbies, um hier korrekt einschätzen zu können nach wie vielen Jahren Betrieb sich die Neuanschaffung eines RBP 4 nicht nur finanziell lohnt sondern auch ökologisch. Bis dahin sind auch ältere Versionen gebraucht kaufen und verkaufen eine Alternative, denn damit verlängert man die Nutzungsdauer der Geräte. Doppelte Nutzungsdauer heißt halb soviel Elektroschrott…
Oliver
Mein x86 Server braucht 15W. Mini-ITX mit onboard Atom und einem externen passiv gekülhten Netzteil, 60W glaube ich.
Oli
Mein x86 Mini-PC (mit Ubuntu) hat eine durchschnittliche, gemessene Leistungsaufnahme von 26W beim Betrieb eines Web-Servers mit wenig Last.
Ein Pi spart also immer noch, aber nicht ganz so viel wie hier berechnet.
Julian
Hallo,
ich würde gerne einen pi 4 zur Automatisierung nutzen un verschiedene Systeme im Docker nutzen. Wie verhält sich der Strom Verbrauch mit ssd und aktivem Lüfter? Im 24/7 Betrieb?
Derzeit nutze ich 2 pi3 ohne ssd und passiv Kühlung plus jeweils einem Netzteil.
Das wäre echt interessant ob ich da vielleicht doch iwie einsparen kann.
Lg Julian
Bernd
Den Anschluss an der Fritzbox würde ich tunlichst unterlassen.
5V / 500mAh => 2,5W
Der Pi4 frisst alleine im Leerlauf mehr, sprich entweder macht die Fritzbox dicht oder ist nach kurzer Zeit defekt.
Für Pihole alleine reicht ein Pi Zero W oder ein Pi1. Dann reicht auch der USB-Anschluss an der Fritzbox. Wobei ganz ehrlich, auch das würde ich unterlassen. Dafür ist die Fritzbox nicht gemacht und wer weiß was die zusätzliche Energiebereitstellung für Wärme erzeugt und die Fritzbox schneller altern lässt. Ein (gutes) Netzteil für den Pi gibt es für 10 Euro.
Heinz Müller
Ich hab so eine Rechnung auch mal angestellt – bei einem Rasperry Pi Zero W als Server 24/7 wären es 2 Euro im Jahr. Plus Netzteil.
Max (buyzero.de)
Vielen Dank für Euer Feedback zu meinem Artikel. Hier eine Antwort auf einige der Kommentare:
@Klau: “Das bedeutet, wenn ich den RPI 4 als zweites Gerät an einem Netzteil betreibe, dann kostet er mich nur 1,50€ pro Jahr – richtig?” – nein. Bei “12,13 € Stromkosten für den Pi 4 im Leerlauf 365 / 24 / 7” stimmt es zwar dass das Netzteil etwas effizienter laufen kann (da besser ausgelastet), aber wir kommen nicht in Bereiche von 1,50 € pro Jahr. Vielleicht ist das mit zwei heruntergetakteten Pi Zero möglich … aber ich bezweifle es.
@Matthias: Danke für das nette Feedback. Für leichte Server-Aufgaben ist aus meiner Sicht Modell 2 B oder 3 B am effektivsten – ihr Vorteil ist der eingebaute LAN Port. (2 B hat kein WLAN), sowie die vier Cores im Vergleich zu 1B+.
Falls eine Verbindung über WLAN gewünscht ist, und die Leistung ausreicht, kann man auch auf einen Pi Zero W zurückgreifen. Der ist in der Anschaffung auch noch eine Ecke günstiger.
Ich stecke aktuell meine Zeit neben Versand und Support in die nächste Version von PiCockpit, daher schaffe ich es leider nicht die Werte für die anderen Pis einzupflegen / in den Artikel zu aktualisieren.
@Jürgen: siehe meine Ausführungen an Matthias. Ich halte den Pi 3B als besten Tradeoff wenn es wirklich nur um Energie und leichte Rechenaufgaben geht. Mein Ziel mit dem Artikel war zu zeigen dass der Pi 4 B nicht die Welt kostet, und als kleiner leistungsfähiger Server mit vollem GBit Durchsatz gut geeignet ist. Zum Thema “Milchmädchenrechnung”: OK, ich hatte zu dem Zeitpunkt als ich den Artikel geschrieben habe nach zuverlässigen Zahlen recherchiert – ich lasse mich gerne überzeugen dass moderne x86 Rechner sparsamer sind. Dann müsste statt einem Faktor 10 bspw. ein Faktor 2 angenommen werden. Wenn Du einen Link zu einer entsprechenden Rechnung / zuverlässigen Daten hast (inklusive Netzteil-Performance bei niedriger Auslastung, etc.), dann poste ihn gerne.
@Ahmed: Danke, ich habe das im Artikel korrigiert
@Thomas: ich denke der Pi 3A+ ist nur dann geeignet, wenn man mit WLAN als Netzwerkschnittstelle einverstanden ist. Das wäre ich persönlich für einen Server nicht. Siehe auch meine Kommentare an Matthias. Danke auch für den Vergleich mit Deinem x86 Server! Falls Du möchtest, poste doch Links zu Deiner Hardwareausstattung, damit sich andere daran orientieren können. Die Zahlen klingen schon ziemlich fantastisch.@Daniel: Danke für die aktuellen Zahlen und den Hinweis auf den Pi 3B. Ich stimme zu, der Pi 3B oder sogar der Pi 2B sind die besten was Tradeoff Kosten / Leistung betrifft.
Klau
Das bedeutet, wenn ich den RPI 4 als zweites Gerät an einem Netzteil betreibe, dann kostet er mich nur 1,50€ pro Jahr – richtig?
Matthias
Hallo Team,
ich betreibe seit mehr als einem Jahr eine Nextcloud-Instanz für die Zwischenablage von kleinen Dateien sowie hauptsächlich zur Aufgabenverwaltung und natürlich der Verwaltung verschiedener Kalender. Das läuft bei mir auf einem Pi Zero W, der unter Last max. ca. 1,1 W (inkl. Netzteil) benötigt. Bisher habe ich kein PiHole darauf getestet, das läuft derzeit auf einem Pi 3B+.
Allerdings würde ich es begrüßen, wenn zum Vergleich auch ein PiZero und ein Pi 3B (+) für das Setup getestet und berechnet wird und sich nicht ausschließlich auf das neueste Modell bezogen wird.
Trotzdem: Mir gefällt die äußerst genaue Berechnung und Erklärung dazu! Gute Arbeit – gerne weiter so!
Grüße,
Matthias
Ralph
Vielen Dank für den hervorragenden Artikel!
Jürgen
Na das nenne ich mal eine Milchmädchenrechnung.
Der Stromverbrauch eines frisch erschienenen Raspberry 4 verglichen mit dem von 12 Jahre alten PCs (verlinkter Artikel aus 2007). Noch dazu ohne Bezug auf die zur Verfügung stehende Rechenleistung.
Zudem bleibt die Eingangsfrage gänzlich unbeantwortet. – “Ein Kunde…möchte einen Raspi…anschließen. Welcher wäre am besten im Hinblick auf Wattverbrauch…?”
Da die geforderten Aufgaben keine hohe Prozessorlast erzeugen wäre z.B. ein Pi3B+ deutlich sinnvoller, da ca. 25-30% sparsamer.
Jürgen
Ahmed K.
Hallo Maximilian,
das ist eine schöne Zusammenfassung.
Eine kleine Bemerkung; bei dem Wirkungsgrad soll das Ergebnis entweder als 0,73 oder 73% dargestellt werden, aber nicht als 0,73%.
Gruß
Ahmed
Thomas
Nach einem Blick in Alex Eames Werte (danke für den Link) ist ziemlich offensichtlich, dass der Pi3A+ die bessere Wahl ist. Der Fragesteller hatte einen Netzwerk-Server im Sinn und der 3er zieht selbst unter Last weniger Strom als der 4er im Ruhebetrieb.
Thomas
Die ursprüngliche Frage war aber doch: Welcher Pi ist günstiger?
Dass der Pi gegen den PC gewinnt war klar. Aber wie sieht es mit Pi 4 gegen 3 aus? Muss der z. B. der 3er härter arbeiten und kommt häufiger aus dem Niedriglastbereich heraus als der 4er? Oder ist das irrelevant und der Pi mit dem geringsten Niedriglaststrom gewinnt?
Daniel Krah
Also mein X86 Server benötigt inklusive 2 Sata Festplatten im Idle 7 und wenn beide Laufen 11 Watt
Ergibt 30,82.
Wobei die 2 Festplatten schon 15,13€ ausmachen.
Somit verbraucht mein x86 Server 15,69€ unter Last.
Damit ist der Pi 4 ein Stromverschwender.
Wenn man noch mit einkalkuliert das er drastisch schwächer ist wird es noch schlimmer.
Denn er hat keine 4x 2,4 GHz und keine 8GB Ram sowie keine 4 Sata Ports.
Wenn man die Festplatten per USB am Pi anschließt müssen die Daten durch die CPU.
Idlen tut er dann nicht mehr ;-)
Manuel
Gute Übersicht, aber das x86-Beispiel ist schon etwas sehr negativ und würde bedeuten, dass man sehr alte Technik einsetzt. Moderne x86-Systeme mit sparamen CPUs verbrauchen 10-15W im Leerlauf. Eine große 3,5" Festplatte braucht etwa 5W, wenn es was zu tun gibt. Eine SSD um 1 bis 2W.
Auch sollte man seinen Pi nach dem Nutzungszweck auswählen. Ein 3B (ohne Plus) verbraucht nur die Hälfte eines Pi 4 und ist auch gut geeignet für einfache Webserver-Tätigkeiten und DNS-Filter. Für einige reicht vielleicht sogar der kleine ZeroW, mit nur um die 1W Verbrauch unter Last!
Max
Spannend, informativ und nicht zu sehr im Detail “verloren” – weiter so!
Oliver
Vielen Dank für die Ausführungen.
Leider ist die eigentliche Frage des Kunden nicht beantwortet worden: WELCHER RasPi ist zu empfehlen?? Ist evtl. der Pi 3 noch sparsamer? Reicht dessen Leistung für den gewünschten Zweck (s.o.) aus?
Was kostet der Betrieb des Raspi 3 über 12 Monate…?