PoE-Leistungsbudget berechnen: So planst du Switch, Kabel und Geräte richtig

Auf dem Datenblatt steht: „24-Port-Gigabit-Switch mit PoE+“. Rechnet man naiv, sind das 24 Ports mit je 30 W, also 720 W. Weiter unten im Datenblatt steht aber: „PoE-Budget: 370 W“. Was gilt? Kannst du an alle 24 Ports einen Access Point mit 802.3at hängen?

Die Antwort ist nein. Und genau dieser Unterschied zwischen Portleistung und Gesamtbudget ist der häufigste Planungsfehler bei PoE. In diesem letzten Beitrag der Reihe rechnest du es sauber durch. Er baut auf dem Beitrag PoE verstehen auf, in dem du Standards, Klassen und die Aushandlung kennengelernt hast.

Die Begriffe sauber getrennt

Begriff	Bedeutung	Beispiel
Portleistung	Was ein einzelner Port höchstens liefern kann	30 W bei 802.3at
PoE-Budget	Was der Switch insgesamt an alle PoE-Ports zusammen abgeben kann, begrenzt durch sein internes Netzteil	370 W
Klassenleistung	Die Leistung, die der Switch für ein Gerät der jeweiligen Klasse am Port reserviert	Klasse 4: 30 W
Leistung am Gerät (PD)	Was nach dem Kabelverlust tatsächlich beim Gerät ankommt	25,5 W bei 802.3at
Tatsächlicher Verbrauch	Was das Gerät im Betrieb wirklich zieht	Ein Access Point mit 18 W

Die Merkregel: Du planst mit der Klassenleistung am Port, nicht mit dem Verbrauch am Gerät. Der Switch bucht zunächst die volle Klassenleistung vom Budget ab, auch wenn das Gerät später weniger zieht. Manche Switches können die Reservierung im Betrieb an den tatsächlichen Bedarf anpassen, etwa über Aushandlung per LLDP. Das Verhalten unterscheidet sich je nach Modell und Einstellung. Wer sicher planen will, rechnet mit der Klassenleistung.

Von der Geräteleistung zur Klasse

Im Datenblatt eines Geräts steht oft die Leistung am Gerät (PD), zum Beispiel „max. 25 W“. Daraus brauchst du die Klasse und damit die Leistung am Port (PSE). Du rundest auf die nächste Klasse auf:

Leistung am Gerät bis	Klasse	Zu reservieren am Port
3,84 W	1	4 W
6,49 W	2	7 W
12,95 W	3	15,4 W
25,5 W	4	30 W
40 W	5	45 W
51 W	6	60 W
62 W	7	75 W
71,3 W	8	90 W

Ein Beispiel: Eine Kamera zieht laut Datenblatt höchstens 9 W. Das fällt in Klasse 3, und der Switch reserviert 15,4 W, obwohl die Kamera nur 9 W braucht. Ein Access Point mit 25 W am Gerät liegt knapp unter der Grenze von Klasse 4 und bekommt 30 W reserviert.

Der Rechenablauf in fünf Schritten

1. Geräte erfassen: Welche PoE-Geräte sollen am Switch hängen, wie viele, und welche Klasse hat jedes?
2. Reservierte Leistung je Gerätetyp bestimmen: Anzahl × Klassenleistung am Port.
3. Summe bilden: Alle Posten addieren.
4. Reserve aufschlagen: Als Praxisfaustregel rund 20 Prozent für Erweiterungen und Ungenauigkeiten.
5. Mit dem Budget vergleichen: Das benötigte Budget muss kleiner oder gleich dem Budget des Switches sein, und kein Gerät darf mehr brauchen, als ein einzelner Port liefert.

Beispiel 1: Der Switch im Obergeschoss

Im Obergeschoss der Firma sollen diese Geräte per PoE versorgt werden:

Gerät	Anzahl	Klasse	Leistung am Port	Reserviert
Access Point (802.3at)	2	4	30 W	60 W
IP-Kamera (fest)	2	3	15,4 W	30,8 W
VoIP-Telefon	6	2	7 W	42 W
Türsprechstelle	1	3	15,4 W	15,4 W
Summe				148,2 W

Summe reserviert: 60 + 30,8 + 42 + 15,4 = 148,2 W
Mit 20 % Reserve: 148,2 W × 1,2 = 177,8 W

Gesucht ist ein Switch mit mindestens 178 W PoE-Budget. Zwei Modelle stehen zur Auswahl:

• Switch A mit 8 Ports und 60 W Budget: Zu klein. Allein die Access Points brauchen schon 60 W.
• Switch B mit 24 Ports und 195 W Budget: Reicht. 195 W − 148,2 W = 46,8 W bleiben frei, das sind 24 Prozent des Budgets.

Elf PoE-Ports werden belegt, einer der 24 Ports ist also kein Engpass. Die Portzahl ist hier nicht das Problem, das Budget wäre es gewesen.

Beispiel 2: Wie viele Geräte passen ins Budget?

Zurück zum Switch vom Anfang mit 370 W Budget. Die Zahl der Geräte, die gleichzeitig versorgt werden können, ergibt sich aus Budget geteilt durch Klassenleistung, abgerundet:

Klasse 4 (30 W):   370 ÷ 30   = 12,3 → 12 Geräte
Klasse 3 (15,4 W): 370 ÷ 15,4 = 24,0 → 24 Geräte

Mit 802.3at-Geräten schaffst du also nur die Hälfte der 24 Ports. Sind alle Geräte nur Klasse 3, reicht das Budget für alle. Das ist die Logik hinter dem Datenblatt: Der Switch ist für typische Mischungen ausgelegt, nicht für 24 Geräte mit voller Leistung.

Beispiel 3: Der Ausbau

Später sollen vier Schwenk-Neige-Kameras dazukommen, jede Klasse 6 mit 60 W am Port:

Neue Kameras:       4 × 60 W = 240 W
Bisheriger Bedarf:                148,2 W
Neuer Gesamtbedarf:               388,2 W   (ohne Reserve)

Budget Switch B:    195 W   → reicht nicht (Fehlbetrag 193,2 W)

Für den Ausbau braucht die Firma einen größeren Switch, einen zweiten PoE-Switch für die Kameras oder Netzteile für die Kameras. Besser, man rechnet das vor dem Kauf als danach.

Kabelverlust und Spannungsabfall

Das Budget regelt nur den Switch. Dazu kommen die Verluste im Kabel, die du aus dem Beitrag zu PoE schon kennst. Weil der Widerstand des Kabels mit der Länge wächst, wächst auch der Verlust. Bei 802.3at rechnet der Standard mit 12,5 Ω Schleifenwiderstand für 100 Meter und 0,6 A Strom:

Kabellänge	Schleifenwiderstand (proportional)	Verlust P = I² × R
100 m	12,5 Ω	0,36 × 12,5 = 4,5 W
50 m	6,25 Ω	0,36 × 6,25 = 2,25 W
25 m	3,125 Ω	0,36 × 3,125 = 1,125 W

Halbe Länge, halber Verlust. Zusätzlich fällt auf dem Kabel eine Spannung ab. Bei 100 Metern sind es:

U = R × I = 12,5 Ω × 0,6 A = 7,5 V

Spannung am Port (mindestens): 50 V
Spannung am Gerät:             50 V − 7,5 V = 42,5 V

Genau dieser Wert, 42,5 V, ist die kleinste Eingangsspannung, die ein 802.3at-Gerät noch verarbeiten muss. Die Standards sind also auf den Fall des längsten Kabels hin ausgelegt. Bei 802.3af rechnet man genauso: 0,35 A × 20 Ω = 7 V Abfall, aus 44 V am Port werden 37 V am Gerät.

Wenn das Kabel schlecht ist

Ein Kabel mit Kupfer-Aluminium-Adern (CCA) hat grob die Hälfte mehr Widerstand als reines Kupfer. Mit dem Faktor 1,55 ergibt sich bei 100 Metern und 802.3at:

R = 12,5 Ω × 1,55 ≈ 19,4 Ω
P_Verlust = 0,36 × 19,4 ≈ 7,0 W   (statt 4,5 W)

Fast 2,5 Watt mehr Verlust, nur wegen des Kabels, und die zusätzliche Wärme im Kabel dazu. Das Gerät bekommt weniger, als es braucht, und startet im ungünstigen Fall unregelmäßig neu. Das ist die Rechnung hinter der Empfehlung, für PoE reines Kupfer zu verwenden. Der Faktor 1,55 ist eine grobe Näherung und hängt vom Kabel ab.

Strom, Kosten und USV

PoE-Geräte laufen meist rund um die Uhr, und der Switch muss die Leistung aus dem Netz holen. Aus den Beiträgen Elektrische Energie und Netzteile verstehen kennst du die Bausteine: Verbrauch, Wirkungsgrad, Energie und Kosten. Ein Rechenbeispiel für den Switch im Obergeschoss, mit Annahmen, die du an dein eigenes Netz anpasst:

Eigenverbrauch des Switches (ohne PoE):             40 W   (Annahme)
Tatsächliche PoE-Last am Switch-Ausgang
(Geräte plus Kabelverluste):                        90 W   (Annahme)
Wirkungsgrad des Netzteils:                         90 %

Aufnahme aus der Steckdose:
(40 W + 90 W) ÷ 0,9 = 144,4 W

Energie pro Jahr:
0,1444 kW × 8.760 h ≈ 1.265 kWh

Kosten bei 0,30 € je kWh (Beispielpreis):
1.265 kWh × 0,30 € ≈ 380 €

Wichtig: Der Verbrauch liegt deutlich unter den reservierten 148,2 W, weil Geräte selten ihre volle Klassenleistung ziehen. Die Reservierung ist die Obergrenze für die Planung, nicht der Normalverbrauch. Den Strompreis nimmst du wie immer aus deinem eigenen Vertrag.

Wie lange hält eine USV?

Ein großer Vorteil von PoE: Hängt der Switch an einer USV, laufen Access Points, Kameras und Telefone bei Stromausfall weiter. Nehmen wir die USV aus dem Beitrag zur elektrischen Energie mit 216 Wh Akkukapazität und 70 Prozent nutzbarem Anteil, also rund 151 Wh:

Laufzeit = nutzbare Energie ÷ Leistung
         = 151 Wh ÷ 144,4 W
         ≈ 1,05 Stunden, also gut eine Stunde

Das ist eine grobe Schätzung. Die Laufzeit hängt wie damals vom Akkuzustand und von der Last ab, und die Herstellerangaben sind verlässlicher. Zusätzlich muss die USV die Leistung auch liefern können: Ihre Wattangabe muss über der Aufnahme des Switches liegen, wie im Beitrag Elektrische Leistung beschrieben.

Das Budget am Switch kontrollieren

Auf einem Cisco-Switch (als Beispiel, bei anderen Herstellern heißen die Befehle anders) zeigt dir dieser Befehl den Zustand:

Switch# show power inline

In der Ausgabe stehen oben das verfügbare Budget, die bereits genutzte Leistung und die verbleibende Leistung. Darunter folgt eine Liste der Ports mit Status, zugeteilter Leistung und Klasse. Dort siehst du, ob ein Port Strom bekommt, wie viel reserviert ist und ob etwas abgelehnt wurde („power denied“).

Wenn das Budget nicht für alle reicht, vergibt der Switch Strom in der Reihenfolge der Anmeldung, und neue Geräte gehen leer aus. Bei manchen Modellen lässt sich eine Priorität pro Port einstellen, sodass wichtige Geräte wie Access Points zuletzt abgeschaltet werden. Für die Planung heißt das: Verlass dich nicht auf die Priorität, sondern rechne so, dass das Budget reicht.

Eine Planungshilfe in Python

Bei vielen Gerätetypen hilft ein kleines Skript. Es rechnet die reservierte Leistung aus und vergleicht sie mit dem Budget:

geraete = [
    ("Access Point", 2, 30.0),
    ("IP-Kamera", 2, 15.4),
    ("VoIP-Telefon", 6, 7.0),
    ("Türsprechstelle", 1, 15.4),
]
budget = 195.0

summe = sum(anzahl * leistung for _, anzahl, leistung in geraete)
print(f"Reserviert: {summe:.1f} W von {budget:.1f} W")
print(f"Frei: {budget - summe:.1f} W ({(budget - summe) / budget * 100:.0f} %)")

Jede Zeile der Liste enthält Name, Anzahl und die Klassenleistung am Port. Die Ausgabe lautet „Reserviert: 148.2 W von 195.0 W“ und „Frei: 46.8 W (24 %)“, passend zur Handrechnung. Möchtest du einen anderen Switch prüfen, änderst du nur den Wert bei budget.

Fehlersuche: Wenn das Budget nicht reicht

Beobachtung	Wahrscheinliche Ursache	Lösung
Neues Gerät bekommt keinen Strom, andere laufen	Budget ausgeschöpft	Bedarf neu berechnen, Switch mit größerem Budget oder zweiter Switch
Gerät startet nach Stromausfall nicht mehr alle auf einmal	Beim Hochfahren fordern alle Geräte gleichzeitig Leistung an	Reserve einplanen, Hochlauf staffeln, wo möglich
Gerät läuft, aber mit Einschränkung (z. B. Access Point mit weniger Funkketten)	Port liefert nur 15,4 W statt der geforderten 30 W	Port oder Switch mit 802.3at nutzen, Konfiguration prüfen
Gerät am Ende eines langen Kabels instabil	Zu hoher Kabelverlust, schlechtes Kabel	Kabel prüfen oder ersetzen, Länge einhalten
Switch wird sehr warm, Lüfter laut	Hohe PoE-Last im engen Schrank	Belüftung verbessern, Last verteilen
USV hält viel kürzer als berechnet	Aufnahme höher als geplant oder alter Akku	Aufnahme messen, Akku prüfen, größere USV

Typische Fehler

• Portleistung × Portzahl als Budget annehmen. Das Budget steht gesondert im Datenblatt und ist meist deutlich kleiner.
• Mit dem Verbrauch statt mit der Klassenleistung planen. Der Switch reserviert die Klasse, auch wenn das Gerät weniger zieht.
• Leistung am Gerät mit Leistung am Port verwechseln. Das Datenblatt nennt oft die Gerätewerte, du brauchst die Werte am Port.
• Keine Reserve einplanen. Jedes Netz wächst, und genau gerechnet ist schon beim ersten Zusatzgerät Schluss.
• Kabelverluste ignorieren. Bei langen oder billigen Kabeln geht spürbar Leistung verloren.
• Stromverbrauch und USV vergessen. PoE-Last und Eigenverbrauch des Switches gehören zusammen in die Aufnahme.
• Zukunftsbedarf übersehen. Ein späterer Ausbau mit 802.3bt-Geräten sprengt schnell das Budget.

Zum Üben

1. Ein Switch hat 24 Ports und ein PoE-Budget von 370 W. Wie viele Geräte der Klasse 4 (30 W) und wie viele der Klasse 3 (15,4 W) kann er gleichzeitig versorgen?
2. Ein Switch hat 195 W Budget. Es sollen 4 Access Points (30 W), 6 Kameras (15,4 W) und 10 Telefone (7 W) angeschlossen werden. Reicht das Budget?
3. Ein Gerät braucht laut Datenblatt 20 W am Gerät. Welche Klasse, und wie viel Leistung reserviert der Switch am Port?
4. Berechne den Leistungsverlust im Kabel bei 802.3at (0,6 A, Schleifenwiderstand für 100 m 12,5 Ω) für eine Kabellänge von 50 m.
5. Wie groß ist der Spannungsabfall bei 0,6 A und 12,5 Ω, und welche Spannung kommt bei 50 V am Port am Gerät an?
6. Du hast 148,2 W reservierte Leistung und willst 20 Prozent Reserve. Wie hoch muss das Budget sein?
7. Ein Switch hat 40 W Eigenverbrauch und 90 W PoE-Last, das Netzteil hat 90 Prozent Wirkungsgrad. Wie hoch ist die Aufnahme, wie viele kWh sind das im Jahr, und was kostet es bei 0,30 € je kWh?
8. Eine USV mit 216 Wh und 70 Prozent nutzbarem Anteil versorgt den Switch aus Aufgabe 7. Wie lange hält sie ungefähr?

Lösungen:

(1) Klasse 4: 370 ÷ 30 = 12,3 → 12 Geräte
    Klasse 3: 370 ÷ 15,4 = 24,0 → 24 Geräte

(2) 4 × 30 = 120 W
    6 × 15,4 = 92,4 W
    10 × 7 = 70 W
    Summe 282,4 W > 195 W → Das Budget reicht nicht.
    Fehlbetrag: 282,4 − 195 = 87,4 W

(3) 20 W liegen über 12,95 W und unter 25,5 W → Klasse 4.
    Der Switch reserviert 30 W.

(4) Schleifenwiderstand bei 50 m: 12,5 ÷ 2 = 6,25 Ω
    P = 0,6² × 6,25 = 0,36 × 6,25 = 2,25 W

(5) U = 12,5 Ω × 0,6 A = 7,5 V
    50 V − 7,5 V = 42,5 V am Gerät

(6) 148,2 W × 1,2 = 177,84 W → mindestens rund 178 W Budget

(7) Aufnahme: (40 + 90) ÷ 0,9 = 144,4 W
    Energie: 0,1444 kW × 8.760 h ≈ 1.265 kWh
    Kosten: 1.265 × 0,30 € ≈ 380 €

(8) Nutzbare Energie: 216 Wh × 0,7 = 151 Wh
    Laufzeit: 151 ÷ 144,4 ≈ 1,05 h, also gut eine Stunde

Das solltest du dir merken

• Das PoE-Budget des Switches ist meist viel kleiner als Portzahl mal Portleistung. Es steht gesondert im Datenblatt.
• Der Switch reserviert pro Port die Klassenleistung, nicht den Verbrauch. Du planst deshalb mit den Klassenwerten am Port (PSE).
• Rechne vom Gerät hoch: Leistung am Gerät aufrunden auf die nächste Klasse und dann die Klassenleistung am Port einsetzen.
• Ablauf: Geräte erfassen, Leistung je Klasse bestimmen, summieren, 20 Prozent Reserve, mit dem Budget vergleichen.
• Kabelverlust wächst mit der Länge und mit dem Quadrat des Stroms. Spannungsabfall: U = R × I.
• Die Aufnahme aus dem Netz ist (Eigenverbrauch plus PoE-Last) geteilt durch den Wirkungsgrad. Daraus ergeben sich Kosten und USV-Laufzeit.
• Plane auch den Ausbau ein. Neue Geräte mit hohen Klassen verändern die Rechnung stark.

Rückblick auf die Reihe

Mit diesem Beitrag schließt sich ein großer Bogen. Du hast bei den Grundlagen der IT begonnen, mit Was ist IT?, bist über Zahlensysteme, Elektrotechnik und Digitaltechnik bis in die Netzwerke gegangen und hast dabei Adressen, Subnetze und Routen berechnet. Die Rechnungen dieses letzten Beitrags, Leistung, Energie, Wirkungsgrad und Widerstand, stammen aus der Elektrotechnik, die Adressplanung der Firma aus dem Subnetting. Und die Geräte, die PoE versorgt, hängen in den VLANs und WLANs, die du in den Beiträgen zu VLAN und WLAN-Sicherheit kennengelernt hast.

Das ist das, was IT ausmacht: Die Themen greifen ineinander. Wer die Grundlagen sicher beherrscht, versteht auch das nächste Thema schneller.