Der Raspberry Pi 5 hat die Maker-Community im Sturm erobert. Mit seiner deutlich verbesserten Leistung, schnelleren Prozessoren, mehr RAM und erweiterten Schnittstellen wie PCIe setzt er neue Maßstäbe für Einplatinencomputer. Doch mit größerer Leistung geht oft auch ein höherer Stromverbrauch einher. Die offizielle Empfehlung für die Stromversorgung des Raspberry Pi 5 liegt bei einem 27 Watt USB-C Power Delivery (PD) Netzteil. Diese Empfehlung wirft unweigerlich die Frage auf: Was passiert, wenn man ein weniger leistungsstarkes Netzteil, beispielsweise ein 15 Watt Netzteil, verwendet? Ist ein sicherer und stabiler Betrieb damit überhaupt möglich? In diesem detaillierten Artikel gehen wir dieser Frage auf den Grund, beleuchten die technischen Hintergründe und geben praktische Empfehlungen.
Die Offizielle Empfehlung verstehen: Warum 27 Watt?
Die Raspberry Pi Foundation gibt die Empfehlung für ein 27 Watt USB-C PD Netzteil nicht ohne Grund. Der Raspberry Pi 5 ist darauf ausgelegt, unter Volllast mit allen Kernen, angeschlossenen Peripheriegeräten und möglicherweise sogar einem PCIe-Gerät stabil zu funktionieren. Das 27-Watt-Netzteil liefert typischerweise 5.1V bei 5A oder 9V bei 3A und stellt somit ausreichend Leistungsreserven bereit, um selbst in anspruchsvollen Szenarien eine konstante und zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten. Diese Reserven sind entscheidend, um Spannungsabfälle (Undervoltage) zu vermeiden, die zu Instabilität oder Leistungseinschränkungen führen können.
- Leistungsspitzen: Selbst im Leerlauf oder bei geringer Last kann der Pi 5 kurzzeitig Leistungsspitzen aufweisen, wenn beispielsweise ein Kern plötzlich hochfährt oder ein angeschlossenes USB-Gerät initialisiert wird.
- Peripheriegeräte: SSDs, Kameras, Displays, USB-Hubs oder andere HATs (Hardware Attached on Top) können zusätzlichen Strom benötigen, der über die USB-Ports des Pi 5 bereitgestellt wird.
- USB-C Power Delivery (PD): Der Pi 5 nutzt das USB-C PD-Protokoll, um mit dem Netzteil die optimale Spannung und Stromstärke auszuhandeln. Ab einer bestimmten Stromanforderung fordert der Pi 5 idealerweise 9V an, um die Stromstärke zu reduzieren und effizienter zu arbeiten. Ein nicht-PD-Netzteil wird vom Pi 5 automatisch auf eine maximale Stromaufnahme von 1.6A bei 5V begrenzt, selbst wenn das Netzteil mehr liefern könnte.
Der Raspberry Pi 5 und sein Energiehunger: Eine detaillierte Betrachtung
Um die Eignung eines 15 Watt Netzteils zu beurteilen, ist es unerlässlich, den tatsächlichen Stromverbrauch des Raspberry Pi 5 unter verschiedenen Bedingungen zu kennen. Die Verbrauchsdaten sind natürlich variabel, aber wir können typische Bereiche definieren:
- Leerlauf (Idle): Im Leerlauf, ohne angeschlossene Peripherie und bei minimaler CPU-Auslastung, liegt der Verbrauch des Pi 5 bei etwa 3-5 Watt. Dies ist ein sehr energieeffizienter Zustand.
- Leichte Last: Bei grundlegenden Aufgaben wie Web-Browsing, Textverarbeitung oder einfachen Skripten steigt der Verbrauch auf etwa 5-8 Watt. Auch hier wäre ein 15W Netzteil scheinbar ausreichend.
- Mittlere Last: Das Abspielen von HD-Videos, das Kompilieren kleinerer Programme oder die Ausführung von Containern kann den Verbrauch auf 8-12 Watt anheben.
- Hohe Last (Volllast): Wenn alle CPU-Kerne unter maximaler Auslastung stehen (z.B. bei Benchmarks, aufwendigen Berechnungen, AI/ML-Workloads) oder ressourcenintensive Anwendungen laufen, kann der Verbrauch des Pi 5 schnell auf 12-15 Watt und darüber hinaus schnellen. Hinzu kommt der Energiebedarf für die GPU, falls diese ebenfalls stark beansprucht wird.
- Peripheriegeräte: Dies ist der entscheidende Faktor. Eine typische USB-SSD kann 2-5 Watt benötigen. Mehrere USB-Geräte, Lüfter-HATs, oder ein PCIe-zu-NVMe-HAT können den Gesamtverbrauch mühelos auf über 20 Watt treiben.
Es ist klar, dass der Pi 5 in vielen Szenarien die 15-Watt-Grenze erreichen oder überschreiten kann, insbesondere wenn externe Geräte angeschlossen sind.
Das 15 Watt Netzteil: Was bedeutet das für den Pi 5?
Der Begriff „15 Watt Netzteil” ist nicht immer eindeutig, besonders im Kontext des Raspberry Pi 5. Es gibt hier zwei wichtige Unterscheidungen:
1. Standard 5V/3A (15W) Netzteil ohne USB-C Power Delivery (PD)
Dies sind oft ältere oder günstigere USB-Netzteile, die einfach 5 Volt bei bis zu 3 Ampere liefern. Achtung: Der Raspberry Pi 5 verhält sich hier besonders. Erkennt er kein USB-C PD-Protokoll, limitiert er seine maximale Stromaufnahme von den USB-C-Ports auf 5V/1.6A (ca. 8 Watt). Dies geschieht als Schutzmaßnahme, um eine Überlastung potenziell schwacher Netzteile zu vermeiden. Selbst wenn Ihr 5V/3A Netzteil physisch 15 Watt liefern könnte, wird der Pi 5 diese Leistung nicht abrufen. Das bedeutet, dass Sie in diesem Szenario faktisch nur 8 Watt zur Verfügung haben, was für viele Anwendungen deutlich zu wenig ist und sehr schnell zu Unterspannungsproblemen führen wird.
2. 15 Watt USB-C Power Delivery (PD) Netzteil
Ein solches Netzteil kommuniziert mit dem Raspberry Pi 5 über das PD-Protokoll. Es kann dann – je nach seinen unterstützten Profilen – beispielsweise 5V/3A oder 9V/1.66A (beides ergibt 15 Watt) liefern. Da der Pi 5 bei höherem Leistungsbedarf versucht, 9V zu nutzen, würde er hier 9V/1.66A anfordern. In diesem Fall stehen dem Pi 5 tatsächlich die vollen 15 Watt zur Verfügung. Das ist eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Nicht-PD-Fall, aber immer noch nur etwa die Hälfte der offiziell empfohlenen 27 Watt.
Für den Rest dieses Artikels werden wir davon ausgehen, dass wir von einem 15 Watt USB-C PD Netzteil sprechen, da ein nicht-PD-Netzteil, wie erläutert, ohnehin nur 8 Watt liefert und für den Pi 5 kaum sinnvoll nutzbar ist.
Szenarien und Anwendungsfälle für ein 15 Watt Netzteil
Ein 15 Watt PD Netzteil ist nicht per se ungeeignet für den Raspberry Pi 5, aber seine Einsatzmöglichkeiten sind stark eingeschränkt:
Ideal für:
- Headless-Server (ohne angeschlossenen Monitor): Für einfache Serveraufgaben wie Pi-hole, Smart-Home-Hubs (Home Assistant), kleine Webserver oder VPN-Server. Hierbei werden in der Regel keine energieintensiven Peripheriegeräte verwendet und die CPU-Auslastung ist oft moderat.
- Leichte Automatisierungsaufgaben: Sensordaten erfassen, kleine Steuerungen, Zeitserver.
- Basis-Linux-Desktop (sehr eingeschränkt): Für extrem leichte Desktop-Nutzung wie einfaches Surfen oder Textbearbeitung, ohne anspruchsvolle Anwendungen und mit minimaler Peripherie (z.B. nur Tastatur und Maus ohne eigene Stromversorgung).
- NAS mit selbstversorgten Festplatten: Wenn Sie ein Network Attached Storage (NAS) mit dem Pi 5 betreiben möchten und die externen Festplatten eine eigene Stromversorgung haben, kann ein 15W Netzteil ausreichen. Die Pi 5-Hardware selbst zieht dann weniger Strom für die Laufwerke.
Problematisch oder nicht empfohlen für:
- Desktop-Ersatz mit mehreren USB-Peripheriegeräten: Sobald Sie eine USB-SSD, eine Webcam, einen USB-Hub, ein externes Laufwerk oder ähnliches anschließen, überschreiten Sie schnell die 15-Watt-Grenze.
- Gaming und Emulation: Anspruchsvolle Spiele oder Emulatoren belasten CPU und GPU stark und erfordern mehr Leistung.
- Kompilieren großer Projekte: Softwareentwicklung, bei der der Compiler die CPU lange Zeit auf Hochtouren laufen lässt, wird zu Leistungsengpässen führen.
- KI/ML-Workloads: Machine-Learning-Anwendungen, die die CPU und/oder GPU intensiv nutzen, benötigen die volle Leistung.
- Nutzung von PCIe-Erweiterungen mit hohem Stromverbrauch: Eine NVMe-SSD, die über einen PCIe-HAT angeschlossen ist und ihre Stromversorgung vom Pi bezieht, kann den Bedarf stark erhöhen.
Anzeichen für Unterspannung und Instabilität
Wenn Ihr Raspberry Pi 5 nicht ausreichend mit Strom versorgt wird, treten typische Symptome auf. Diese sollten Sie ernst nehmen, da sie die Stabilität und langfristige Gesundheit des Systems beeinträchtigen können:
- Gelbes Blitzsymbol: Das deutlichste Zeichen ist das gelbe Blitzsymbol, das in der oberen rechten Ecke des Bildschirms erscheint (sofern ein Monitor angeschlossen ist). Es signalisiert, dass der Pi eine zu niedrige oder instabile Eingangsspannung feststellt.
- Leistungsdrosselung (Throttling): Der Pi 5 wird bei Unterspannung automatisch die CPU-Frequenz reduzieren, um den Stromverbrauch zu senken und das System stabil zu halten. Dies führt zu einer spürbaren Verlangsamung.
- Systeminstabilität und Abstürze: Unzureichende Stromversorgung kann zu unerwarteten Reboots, Freezes oder Dateisystemkorruption führen, da Schreibvorgänge auf die SD-Karte oder SSD unterbrochen werden könnten.
- Fehlfunktion von USB-Geräten: Angeschlossene USB-Peripheriegeräte können sporadisch ausfallen, getrennt werden oder gar nicht erst erkannt werden, wenn nicht genügend Strom über die USB-Ports bereitgestellt werden kann.
- Längere Bootzeiten: Das System benötigt länger zum Starten, da Komponenten nicht optimal mit Strom versorgt werden.
Sicher und stabil mit 15 Watt? Maßnahmen zur Optimierung
Wenn Sie unbedingt ein 15 Watt PD Netzteil verwenden möchten, können Sie einige Maßnahmen ergreifen, um die Stabilität zu maximieren und das Risiko von Problemen zu minimieren:
- Minimieren Sie die Peripherie: Schließen Sie nur die absolut notwendigen USB-Geräte an. Verwenden Sie externe Festplatten mit eigener Stromversorgung. Verzichten Sie auf USB-Hubs, die ihren Strom vom Pi beziehen.
- Deaktivieren Sie nicht benötigte Hardware: Wenn Sie den Pi headless betreiben, können Sie in der Konfiguration die HDMI-Ausgabe oder andere nicht genutzte Schnittstellen deaktivieren, um potenziell Strom zu sparen.
- Leichte Software wählen: Verwenden Sie ein schlankes Betriebssystem wie Raspberry Pi OS Lite und bevorzugen Sie ressourcensparende Anwendungen.
- Gute Kühlung: Obwohl es kontraintuitiv erscheinen mag, kann eine gute Kühlung helfen. Ein überhitzter Pi 5 könnte versuchen, seine Leistung zu drosseln, was aber auch zu inkonsistentem Stromverbrauch führen kann. Eine stabile Temperatur hilft, den Leistungsbedarf vorhersehbar zu halten.
- Überwachen Sie die Spannung: Nutzen Sie Tools wie
vcgencmd get_throttled(gibt eine Hex-Zahl zurück, die den Zustand des Throttlings anzeigt) odercat /sys/devices/platform/soc/soc:firmware/raspberrypi-firmware.0/under_voltage, um den Status der Unterspannungswarnung zu überprüfen. So erkennen Sie Probleme frühzeitig.
Fazit: Ist ein 15 Watt Netzteil eine sichere Wette für den Raspberry Pi 5?
Zusammenfassend lässt sich sagen: Ein Raspberry Pi 5 kann unter bestimmten, sehr spezifischen und leichten Lastbedingungen sicher und stabil mit einem 15 Watt USB-C PD Netzteil betrieben werden. Dies setzt jedoch voraus, dass Sie sich der Einschränkungen bewusst sind und diese aktiv managen.
Für die meisten Anwendungsfälle, insbesondere wenn Sie die verbesserte Leistung des Raspberry Pi 5 voll ausschöpfen oder mehrere USB-Peripheriegeräte anschließen möchten, ist ein 15 Watt Netzteil jedoch nicht ausreichend. Sie werden fast unweigerlich mit Leistungsdrosselung, Instabilität und potenziell beschädigten Daten konfrontiert sein.
Die offizielle Empfehlung für ein 27 Watt USB-C PD Netzteil ist nicht nur eine Empfehlung, sondern eine Best-Practice-Empfehlung, um das volle Potenzial des Raspberry Pi 5 ohne Kompromisse bei Stabilität und Leistung nutzen zu können. Es bietet die notwendigen Reserven für alle gängigen Szenarien und stellt sicher, dass Ihr Projekt zuverlässig läuft.
Wenn Sie also Wert auf höchste Stabilität, Sicherheit und die volle Leistung Ihres neuen Raspberry Pi 5 legen, investieren Sie in das offizielle oder ein gleichwertiges 27 Watt USB-C PD Netzteil. Für experimentelle, sehr ressourcenschonende Projekte mag ein 15 Watt PD Netzteil ausreichen, aber seien Sie sich der potenziellen Probleme bewusst.