Einleitung
Smart Home Geräte laufen 24/7 – ihr Protokoll entscheidet mit über die Stromrechnung. Dieser Beitrag vergleicht WiFi und Zigbee in Technik und Energiebedarf und zeigt anhand eines typischen smarten Lichtschalters, wie sich das über ein Jahr auswirkt.
Protokolle im Überblick
- WiFi (802.11 b/g/n): Hohe Datenrate, direkte IP-Anbindung an den Heimrouter. Geräte bleiben meist dauerhaft mit aktiver Empfangseinheit assoziiert, um Latenz gering zu halten. Topologie: Stern (Access Point im Zentrum).
- Zigbee (IEEE 802.15.4): Für Low-Power-IoT optimiert, geringe Datenrate (250 kbps), kurze Telegramme. Mesh-Netz mit Koordinator, Routern (netzversorgte Geräte) und sehr sparsamen Endgeräten (häufig batteriebetrieben). Sendeleistungen und Empfängerströme sind deutlich niedriger als bei WiFi.
Stromverbrauch im Detail
- WiFi typischer Betrieb:
- Verbunden/Idle: Funk- und MCU-Teil ziehen häufig 50–120 mA bei 3,3 V (≈0,17–0,40 W). In der Praxis inkl. Netzteil- und Peripherieverlusten ergeben sich bei smarten Wandschaltern oft 0,3–0,6 W Dauerleistung.
- Senden: Kurzzeitige Peaks 150–300 mA bei 3,3 V für 50–200 ms. Aufgrund der geringen Dauer kaum relevant für den Jahresverbrauch.
- Zigbee typischer Betrieb:
- Zigbee-Router (netzversorgter Schalter): Dauerhaft empfangsbereit, typ. 15–40 mA bei 3,3 V (≈0,05–0,13 W). Mit Netzteilverlusten liegen reale Geräte oft bei 0,1–0,2 W.
- Zigbee-Endgerät (batteriebetrieben): Tiefschlaf im µA-Bereich, Aktivität nur bei Ereignissen – extrem geringe Durchschnittsleistung. Für einen fest verdrahteten Lichtschalter ist jedoch die Router-Klasse maßgeblich.
- Senden: 15–35 mA bei 3,3 V für 20–50 ms – energetisch vernachlässigbar gegenüber dem Dauerbetrieb.
Beispielrechnung Annahmen für einen netzversorgten Lichtschalter, 230 V AC mit internem 3,3-V-Netzteil, 20 Schaltvorgänge pro Tag:
- Formel: Jahresenergie E = P_avg × t. P_avg ≈ P_idle + (E_Tx_je_Ereignis × Ereignisse_pro_Jahr / t). t = 8760 h/Jahr.
Zigbee:
- Idle-Leistung P_idle = 0,18 W (typischer Router-Schalter inkl. Netzteilverluste).
- Zusatz beim Senden: ΔI ≈ 30 mA, V = 3,3 V, Dauer 0,05 s → E_Tx = 3,3 V × 0,03 A × 0,05 s = 0,00495 J.
- 20 Ereignisse/Tag → 7300/Jahr → 0,00495 J × 7300 = 36,1 J = 0,010 Wh/Jahr (vernachlässigbar).
- Jahresverbrauch: 0,18 W × 8760 h = 1576,8 Wh = 1,58 kWh/Jahr.
WiFi:
- Idle-Leistung P_idle = 0,50 W (durchschnittlicher Wert für Wandschalter mit dauerhaftem WLAN-Link).
- Zusatz beim Senden: ΔI ≈ 200 mA, V = 3,3 V, Dauer 0,1 s → E_Tx = 3,3 × 0,2 × 0,1 = 0,066 J.
- 7300/Jahr → 0,066 J × 7300 = 482 J = 0,134 Wh/Jahr (vernachlässigbar).
- Jahresverbrauch: 0,50 W × 8760 h = 4380 Wh = 4,38 kWh/Jahr.
Beispielformat (zusammengefasst)
- Zigbee-Lichtschalter: durchschnittliche Leistungsaufnahme: 180 mW
- Jahresverbrauch: 1 576 800 mWh/Jahr (= 1,58 kWh/Jahr)
- WiFi-Lichtschalter: durchschnittliche Leistungsaufnahme: 500 mW
- Jahresverbrauch: 4 380 000 mWh/Jahr (= 4,38 kWh/Jahr)
Absolute Kosten
Ergänzung: Kosten in Euro (Deutschland)
Annahmen
- Typischer Haushaltsstrompreis in Deutschland: 0,30–0,40 €/kWh (Tarife variieren je nach Anbieter/Region).
- Formel: Kosten/Jahr = Jahresverbrauch (kWh/Jahr) × Preis (€/kWh).
Einzelgerät (pro Jahr):
- Zigbee-Lichtschalter: 1,58 kWh/Jahr
- Kosten: 1,58 × 0,30–0,40 € = 0,47–0,63 € (Richtwert bei 0,35 €: ≈ 0,55 €)
- WiFi-Lichtschalter: 4,38 kWh/Jahr
- Kosten: 4,38 × 0,30–0,40 € = 1,31–1,75 € (Richtwert bei 0,35 €: ≈ 1,53 €)
Hochrechnung für 20 Lichtschalter (pro Jahr):
- Zigbee gesamt: 31,6 kWh/Jahr
- Kosten: 31,6 × 0,30–0,40 € = 9,48–12,64 € (bei 0,35 €: ≈ 11,06 €)
- WiFi gesamt: 87,6 kWh/Jahr
- Kosten: 87,6 × 0,30–0,40 € = 26,28–35,04 € (bei 0,35 €: ≈ 30,66 €)
- Einsparung mit Zigbee (Differenz 56,0 kWh/Jahr):
- 56,0 × 0,30–0,40 € = 16,80–22,40 € pro Jahr (bei 0,35 €: ≈ 19,60 €)
Hinweis
- Die Sendeenergie pro Ereignis bleibt im Cent-Bereich pro Jahr und fällt gegenüber der Grundlast kaum ins Gewicht; die Kosten werden praktisch durch den Idle-Verbrauch bestimmt.
Vergleich
- Energie: Zigbee-Schalter benötigen im Dauerbetrieb typ. nur ein Drittel bis die Hälfte der Energie vergleichbarer WiFi-Schalter.
- Skalierung: Bei vielen Geräten summiert sich der Unterschied deutlich (z.B. 20 Geräte: ≈32 kWh/Jahr WiFi vs. ≈32 kWh − 56 kWh einzusparen mit Zigbee, je nach Annahmen).
- Reichweite/Netz: Zigbee-Mesh verbessert Abdeckung mit jedem netzversorgten Gerät; WiFi belastet das WLAN stärker und benötigt evtl. mehr Access Points.
- Praxis: WiFi punktet mit direkter Router-Anbindung und hoher Bandbreite (z.B. für Kameras, OTA-Updates), jedoch höherem Grundverbrauch. Zigbee ist für Schalter/Sensoren energetisch klar effizienter; ein Hub/Koordinator ist nötig.
Fazit Basierend auf den analysierten Daten verbrauchen Zigbee-Lichtschalter im Jahresvergleich deutlich weniger Energie als WiFi-basierte Schalter. Für Haushalte mit vielen Smart-Home-Komponenten kann die Protokollwahl den laufenden Strombedarf spürbar beeinflussen. Für einfache Schalt- und Sensorausgaben empfiehlt sich aus Effizienzgründen Zigbee; WiFi sollte dort eingesetzt werden, wo höhere Datenraten und direkte IP-Anbindung den Mehrverbrauch rechtfertigen.