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Energiemonitor

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Definition: ein Gerät zur Überwachung des Energieverbrauchs

Englisch: energy monitor

Kategorien: elektrische Energie, Energieeffizienz

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 09.02.2017; letzte Änderung: 21.02.2017

Ein Energiemonitor (oder Energiekostenmessgerät) ist ein Messgerät, welches zur Überwachung des Energieverbrauchs z. B. in einem Haushalt verwendet wird und letztendlich dem Energiesparen durch erhöhte Energieeffizienz dient. In der Regel geht es dabei um elektrische Energie.

Es gibt Energiemonitore recht unterschiedlicher Arten, die alle im Folgenden ausführlich diskutiert werden: Messgeräte für die Kontrolle einzelner Verbraucher und andere, die den Verbrauch eines ganzen Haushalts oder Gebäudes zusammen überwachen.

Energiemonitore für einzelne Geräte

Energiemonitor für einzelne Geräte

Abbildung 1: Ein handelsüblicher Energiemonitor für einzelne Geräte.

Am einfachsten zu verwenden sind Energiemonitore für einzelne Geräte. Diese sind meist so beschaffen, dass man sie in eine Haushaltssteckdose stecken kann und das zu messende Gerät wiederum am Energiemonitor einsteckt (siehe Abbildung 1). Natürlich können auch mehrere Geräte gesammelt erfasst werden, indem man sie über eine Mehrfach-Steckdose am Energiemonitor anschließt.

Schwierig oder unmöglich wird die Messung mit einem solchen Gerät, wenn das zu untersuchende Gerät entweder über eine kaum zugängliche Steckdose angeschlossen ist (z. B. hinter einer Verkleidung, was bei Kühlschränken häufig der Fall ist) oder sogar ganz ohne Steckdosen (z. B. bei Kochherden). Auch Geräte, die Drehstrom beziehen, kann man damit normalerweise nicht überwachen.

Viele, wenn auch nicht alle dieser Energiemonitore bieten die folgenden Funktionen an:

Die Messgenauigkeit ist zumindest bei den besseren Geräten auch im Bereich niedriger Leistungen (wenige Watt) noch einigermaßen gut. Es gibt allerdings Geräte, bei denen Messwerte unterhalb von z. B. 10 W sehr ungenau ausfallen. Solche Geräte sind nicht geeignet, um den Standby-Verbrauch von Geräten zu beurteilen.

Einige typische Anwendungen solcher Energiemonitore:

Mithilfe solcher Messungen kann beurteilt werden, inwieweit der jeweilige Stromverbrauch ins Gewicht fällt. Teilweise lässt sich hierauf auch gezielt reagieren, beispielsweise indem man ein besonders verbrauchshungriges Gerät vorzeitig ersetzt oder indem man Standby-Verbraucher über eine Steckdosenleiste mit Schalter vom Netz nimmt, solange sie nicht benötigt werden.

Energiemonitore für Haushalte oder Gebäude

Die Messung des Energieverbrauchs eines ganzen Haushalts oder Gebäudes ist technisch schwieriger als die Erfassung nur für die Geräte an einer Steckdose. Es gibt jedoch hierfür geeignete Geräte, und diese können auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen. Die beiden typischerweise verwendeten Prinzipien werden in den folgenden zwei Abschnitten diskutiert.

Geräte am Stromzähler

Manche Geräte nutzen den bereits vorhandenen Stromzähler. Bei den heute noch sehr verbreiteten Ferraris-Zählern (mit einer Aluminiumscheibe, die sich entsprechend dem Stromverbrauch dreht) kann mit einem optischen Sensor registriert werden, wenn die markierte Stelle der Scheibe vorne vorbeikommt. Bei digitalen Stromzählern gibt es häufig ein optisches Interface, über das jeweils ein Lichtblitz gesendet wird, wenn eine bestimmte Energiemenge bezogen wurde. Bei solchen Messprinzipien bestimmt das Gerät die durchschnittliche Leistung z. B. innerhalb einer Umdrehung der Zählerscheibe, was bei geringem Verbrauch geraume Zeit dauern kann; dies bedeutet, dass man Änderungen der Leistung erst deutlich verzögert erfährt. Der Vorteil solcher Energiemonitore ist allerdings, dass ihre Montage relativ einfach ist und deswegen meist keine Fachperson erfordert.

Die Genauigkeit der Messungen ist natürlich durch den Stromzähler bestimmt und ist normalerweise relativ hoch; schließlich werden die Zähler ja auch für Abrechnungszwecke verwendet. Auch die Blindstromproblematik wird korrekt behandelt.

Geräte mit Stromsensoren

Ein anderes Messprinzip ist die Erfassung der elektrischen Stromstärke in den drei Phasen (→ Drehstrom) mithilfe eines Sensors pro Phase. Typischerweise werden hierfür sogenannte Hall-Sensoren verwendet, die auf das Magnetfeld reagieren, welches der Stromfluss in der Leitung erzeugt. Ein solcher Sensor wird an die jeweilige Leitung angeschnallt, d. h. der Sensor muss das jeweilige Kabel umfassen; die Leitung muss hierfür nicht unterbrochen werden. Es ist aber unerlässlich, dass der Sensor nur jeweils eine Phase erfasst und keine andere Phase oder den Nullleiter. Der Anschluss erfolgt üblicherweise im Sicherungskasten (z. B. direkt nach den ersten Sicherungen), wofür meist eine Abdeckung entfernt werden muss. Normalerweise wird hierfür eine Fachperson benötigt, für die das Anschließen allerdings keinen großen Aufwand bedeuten sollte.

Im Prinzip wäre es auch mit solchen Sensoren möglich, die Wirkleistung korrekt zu ermitteln, jedoch geschieht dies bei vielen Geräten der Einfachheit halber nicht; man erhält also lediglich die Scheinleistung. In den meisten Fällen sollte die Scheinleistung jedoch nicht wesentlich höher liegen als die Wirkleistung. Solche Geräte können aber nicht einmal unterscheiden, ob Leistung aus dem Netz bezogen oder beispielsweise von einer Photovoltaikanlage ins Netz eingespeist wird; dies ist in manchen Fällen störend.

Auch abgesehen von der Blindstromproblematik ist die Genauigkeit der angezeigten Leistung häufig gering, wenn die Leistung niedrig liegt. Dies hängt damit zusammen, dass die Geräte üblicherweise für eine maximale Leistung von Dutzenden von Kilowatt geeignet sein müssen, man andererseits aber durchaus bei der Verwendung an Leistungen unterhalb von 10 W interessiert sein kann, was also nicht einmal einem Promille der maximalen Leistung entspricht. Man braucht relativ hochwertige Sensoren und Elektronik, um einen so weiten Bereich von Leistungen gut abdecken zu können; an dieser Stelle wird aber oft gespart.

Die Unabhängigkeit von einem Stromzähler kann unter Umständen nützlich sein, beispielsweise wenn der Verbrauch nur in gewissen Leitungszweigen erfasst werden soll, für die es keinen separaten Zähler gibt.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die typischen (aber nicht immer auftretenden) Eigenschaften von Energiemonitoren der beiden oben beschriebenen Arten.

Eigenschaft Geräte mit Sensor am Zähler Geräte mit Stromsensoren
Montage einfach benötigt Fachperson
Genauigkeit gut gut bei hohen Leistungen, gering bei kleinen Leistungen
Art der Leistungsanzeige Wirkleistung Scheinleistung
Aktualisierung der Anzeige langsam v. a. bei kleinen Leistungen schnell

Übermittlung der Daten zum Anzeigegerät

Es sehr wünschenswert, dass die Anzeige des Energiemonitors beispielsweise in einem Wohnraum stehen oder herumgetragen werden kann, und nicht etwa im Keller sein muss. (Beispielsweise möchte man ein Verbraucher einschalten und sofort erfahren, welche Leistung er zieht.) Hierfür müssen die Daten vom Sensor im Sicherungskasten zum Anzeigegerät übermittelt werden. Dies geschieht häufig per Funk. Dies ist praktisch, funktioniert aber nur über eine begrenzte Reichweite, die im Falle massiver Kellerdecken und Wände deutlich abnehmen kann. Übrigens funktioniert die Funkübertragung auch nicht, wenn sich der Sender in einem metallischen Sicherungskasten befindet; er muss also ggf. außerhalb des Sicherungskastens befestigt werden, auch wenn die Stromsensoren darin liegen müssen.

Eine alternative Möglichkeit besteht darin, dass die Daten über das Computer-Netzwerk übermittelt werden. Wo ein solches vorhanden ist, dürfte dies oft praktischer sein. Zwischen Zählerkasten und Router gibt es oft nur eine geringe Entfernung zu überbrücken (per LAN-Kabel oder WLAN), und die Daten sind dann im gesamten Netzwerk, als auch in großer Entfernung verfügbar – oft sogar außerhalb des Hauses per Internet.

Es gibt auch Geräte, die die Informationen über die Stromleitungen übertragen. Das Anzeigegerät muss hierfür in eine Steckdose gesteckt werden.

Auswertung der Daten

Gerade bei Energiemonitoren, die den Verbrauch eines ganzen Haushalts oder Gebäudes erfassen, genügt einem die Anzeige der Momentanleistung allein in der Regel nicht. Zumindest sollte ein Gerät den zeitlichen Verlauf der Leistung über die letzten 24 Stunden grafisch anzeigen können. Besser ist es, wenn zusätzlich die Daten auch an einen Computer (z. B. einen PC) übermittelt werden können, damit man sie dort mithilfe geeigneter Software (die oft mitgeliefert wird) genauer analysieren kann.

Bei manchen Geräten muss man regelmäßig einen PC z. B. mit einem USB-Kabel anschließen, um die gespeicherten Daten auszulesen. Wesentlich praktischer kann es sein, wenn das Gerät in das Haus-Netzwerk eingebunden werden kann (siehe oben), sodass jeder sich ebenfalls im Netz befindende Computer (ggf. auch ein Smartphone oder Tablet) einfach darauf zugreifen kann. Mit dieser Technik ist es auch möglich, auf ein eigenes Display zu verzichten; anstelle dieser Hardware verwendet man das ohnehin vorhandene Smartphone oder Tablet mit einer geeigneten App. Dann kann man auch auf nachträgliche Verbesserungen der App hoffen – anders als bei gekaufter Hardware.

Manche Geräte senden die Daten auch per Internet an einen Server des Anbieters, um sie dort zu speichern; mit einem PC kann man sie dann von dort holen. Dieser Ansatz spart einen Teil der Hardware ein; er hat allerdings den Nachteil, dass sie durch meist regelmäßige Kosten anfallen und dass man darauf vertrauen muss, dass die Daten nicht missbraucht werden. (Man beachte, dass der zeitliche Verlauf des Stromverbrauchs viel über die Lebensweise der Bewohner verraten kann.) Ein sicheres Passwort schützt nur vor Missbrauch durch Dritte; dem Anbieter muss man vertrauen.

Energiemonitore, die an das Haus-Netzwerk angeschlossen werden, erlauben häufig sogar ein Auslesen per Internet, d. h. von außerhalb des Hauses. Dies mag zwar meist nicht von besonderem Interesse sein, da man ja ohnehin nicht reagieren könnte. Jedoch ließe sich immerhin klären, ob man beispielsweise vergessen hat, den Herd abzuschalten, d. h. ob man bei der Heimkehr eine unangenehme Bescherung zu erwarten hat.

Auffinden von Verbrauchern

Der Nutzen eines Energiemonitors liegt häufig darin, dass man damit Verbraucher aufspüren kann, die einen unerwartet hohen Stromverbrauch verursachen. Allerdings ist dies in der Praxis oft nicht trivial; schließlich befindet sich in den meisten Haushalten eine Vielzahl von Geräten. Die folgenden Überlegungen können bei der Suche von Nutzen sein:

  • Eine Messung über 24 Stunden zeigt zunächst, ob die Verbraucher in der Summe einen unangemessen hohen Standby-Verbrauch verursachen. Zumindest nachts dürften nämlich die meisten Geräte ausgeschaltet sein, und der Kompressor des Kühlschranks läuft nur zeitweise. Wenn trotzdem ein hoher Verbrauchssockel festgestellt wird, deutet dies auf eine Standby-Problematik hin. Es kann freilich auch sein, dass lediglich vergessen wurde, z. B. in einem Raum das Licht auszuschalten.
  • Darüber hinaus können charakteristische Verbrauchsspitzen Hinweise darauf geben, was sich dahinter verbirgt. Beispielsweise verursachen Kühlschränke und Gefriergeräte relativ regelmäßig wiederkehrend Tag und Nacht einen Verbrauch durch ihren Kompressor, während andere Geräte (z. B. Kochherde) hauptsächlich zu bestimmten Tageszeiten arbeiten.
  • Um lästige Standby-Verbraucher zu finden, kann es notwendig sein, die Stromzufuhr für den verschiedene Räume über die Sicherungen nach und nach zu unterbrechen, bis die angezeigte Leistung erkennbar sinkt. (Natürlich sollte man dies nicht tun, während beispielsweise andere am Computer arbeiten und bei der Stromabschaltung Daten verlieren würden.) Sobald klar ist, in welchen Räumen sich die “Übeltäter” befinden, sollte es nicht mehr allzu schwierig sein, diese zu finden. Häufig wird man hierbei auf Geräte nicht in Wohnräumen, sondern beispielsweise im Keller stoßen – beispielsweise stromhungrige Internet-Modems, Telefonanlagen oder Antennenverstärker. Es kommt sogar vor, dass uralte Geräte, deren Funktion längst nicht mehr benötigt wird, immer noch am Netz hängen und ständig unnötig Strom verbrauchen.
  • Ein Energiemonitor kann auch helfen, regelmäßig zu überprüfen, ob der Verbrauch im normalen Bereich liegt oder z. B. durch das vergessene Abschalten eines Geräts unnötig hoch ist. Solche Versehen können regelmäßig aufgedeckt werden, wenn man beispielsweise vor dem Verlassen des Hauses oder vor der Schlafenszeit überprüft, ob die momentan bezogene Leistung im normalen Bereich liegt. Noch besser ist es, wenn das Gerät den Verbrauch der letzten Stunden grafisch anzeigen kann, weil beispielsweise eine Kaffeemaschine im Warmhalte-Modus die meiste Zeit praktisch keine Leistung bezieht, dann aber immer wieder eine erhebliche Leistung für das Nachheizen.

Es gibt auch Energiemonitore, bei denen die mitgelieferte Software versucht, Geräte anhand ihrer Leistung und des Stromflusses in einer der Phasen zu identifizieren. Dies gelingt jedoch erfahrungsgemäß nur recht unvollständig, weil beispielsweise manche Geräte eine variable Leistung konsumieren und andere Geräte (beispielsweise Glühlampen) oft die gleiche Leistung aufweisen. Man sollte deswegen keine allzu hohe Erkennungsleistung solcher Software erwarten; eine hohe “Intelligenz” der Software kann kaum fehlende Informationen ersetzen. Immerhin kann es damit gelingen, beispielsweise einigermaßen zuverlässig den Gesamtverbrauch eines Elektroboilers zu ermitteln, selbst wenn oft mehrere Geräte gleichzeitig laufen.

Aufwand und Nutzen

Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass zusätzlich zum apparativen Aufwand ein nicht unerheblicher Zeitaufwand entsteht, um die nützlichen Informationen tatsächlich zu gewinnen. Andererseits ist es durchaus realistisch zu erwarten, dass man mit solchen Untersuchungen einfache Möglichkeiten findet, um den Stromverbrauch für lange Zeit spürbar zu senken, sodass die Kosten und auch die graue Energie für das Gerät in absehbarer Zeit amortisiert werden können. Hierfür bräuchte man ein solches Gerät im Prinzip auch nur für begrenzte Zeit (z. B. für einige Wochen); man könnte es also beispielsweise unter Freunden herumreichen, bis alle ihren Stromverbrauch verstanden haben. Allerdings kann das Gerät auch auf Dauer nützlich sein, um beispielsweise die vergessene Abschaltung von Geräten regelmäßig ausfindig machen zu können.

Übrigens hat ein Gerät, welches innerhalb der Wohnung regelmäßig den Verbrauch anzeigt, oft auch den Effekt, dass Bewusstsein der Bewohner für den Verbrauch zu stärken. Auch das Wissen über wichtige Fakten – etwa auf welche Verbraucher es wirklich ankommt – wird dadurch vermehrt. Es kann also leicht auch dadurch zu deutlichen Einspareffekten kommen.

Checkliste für die Kaufentscheidung

Im Folgenden werden die wichtigsten Aspekte, die beim Kauf eines Energiemonitors beachtet werden sollten, nochmals kurz zusammengefasst:

  • Benötigt die Installation eine Fachperson, oder kann man dies selbst erledigen?
  • Ist die Genauigkeit auch für kleine Leistungen ausreichend hoch?
  • Wird die Anzeige für meinen Zweck genügend schnell aktualisiert?
  • Kann das Gerät Einspeisungen von Strombezug unterscheiden (relevant für Betreiber von Photovoltaikanlagen)?
  • Wird nur die momentane Leistung angezeigt oder auch der Verbrauch für die letzten Stunden?
  • Über welchen Zeitraum werden die registrierten Leistungen gespeichert, und mit welcher zeitlichen Auflösung?
  • Kann man die Daten auf einen Computer übertragen? Falls ja, auf welche Weise – z. B. mit USB-Kabel oder Netzwerkanschluss? Wird eine gut gemachte Software zur Analyse der Daten geliefert, oder ist es eher etwas für Bastler, die solche Software selbst erstellen?
  • Bei Datenübertragung per Funk oder Stromnetz: Genügt die Reichweite, um die Distanz zwischen Sensoren und Anzeigegerät sicher zu überbrücken?
  • Werden Batterien benötigt? Wenn ja, wie lange halten diese?
  • Erübrigt sich der Kauf vielleicht, weil man ohnehin bald einen intelligenten Stromzähler erhält, der als Energiemonitor nutzbar ist (siehe den nächsten Abschnitt)?

Intelligenter Stromzähler als Energiemonitor

Es gibt inzwischen auch “intelligente Stromzähler”, die die Verbrauchsdaten nicht nur dem Stromanbieter senden, sondern auch über ein Computernetz dem Kunden liefern. Für diejenigen, die einen solchen Stromzähler haben, liegt es natürlich nahe, diesen auch als Energiemonitor einzusetzen – schließlich entstehen dafür keinerlei zusätzliche Kosten. Gleichzeitig genießt man die Vorteile einer relativ hohen Genauigkeit verbunden mit einer hohen zeitlichen Auflösung. (Die zeitliche Auflösung kann für die dem Kunden gelieferten Daten viel höher sein als bei den Daten, die für Abrechnungszwecke dem Stromanbieter geschickt werden.)

Energiemonitor als Service des Stromanbieters

In manchen Fällen ist es möglich, den zeitlich aufgelösten Stromverbrauch auch vom lokalen Netzbetreiber zu erfahren – in der Regel via Internet. Dies setzt natürlich voraus, dass entsprechende Registriereinrichtungen installiert sind; typischerweise ist dies der Fall bei Verbrauchern mit registrierender Leistungsmessung] mithilfe eines Lastgangzählers. Dies ist bei gewerblichen Verbrauchern häufig der Fall, bei Haushalten jedoch normalerweise nicht.

Der offenkundige Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die relevanten Informationen allein mit ohnehin vorhandener Technik gewonnen werden können. Eine wesentliche Einschränkung ist allerdings, dass Lastgangzähler normalerweise nur den Verbrauch von 15-Minuten-Intervallen erfassen und keine höhere Zeitauflösung als dies erlauben; schließlich ist dies für die Abrechnung nicht relevant. Somit wird es noch wesentlich schwerer, einzelne Verbraucher zu identifizieren – allein schon wegen der erheblichen zeitlichen Verzögerung zwischen dem An- oder Abschalten eines Verbrauchers und der erhaltenen Information.

Je nach Service können die Informationen in unterschiedlichen Formen geboten werden. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Daten interaktiv über eine Webseite abgerufen werden können. Alternativ oder zusätzlich können numerische Daten heruntergeladen werden, damit man sie mit einer geeigneten Software selbst auswerten kann.

Siehe auch: Energieverbrauch, elektrische Energie, Kilowattstunde, Stromzähler
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Energieeffizienz

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