MQTT-Energiemessung mit Shelly EM3, EM3 Pro und Emonio: Funktionsweise und Praxistipps

TL;DR: Shelly EM3, EM3 Pro und Emonio übertragen dreiphasige Messwerte via MQTT an einen zentralen Broker. Das Protokoll ist ressourcenschonend, echtzeitfähig und lässt sich ohne Cloud-Zwang lokal betreiben.

Was ist MQTT und warum eignet es sich für Energiemessung?

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein Publish-Subscribe-Protokoll, das ursprünglich für bandbreitenarme Fernüberwachung in der Öl- und Gasindustrie entwickelt wurde. Heute ist es im IoT-Bereich verbreitet, weil es auch auf schwachen Netzwerken stabil läuft und nur minimalen Overhead erzeugt.

Die Grundstruktur ist einfach: Ein Gerät (Publisher) sendet Messwerte an einen zentralen Broker. Andere Systeme (Subscriber) – zum Beispiel eine Datenbank oder ein Dashboard – empfangen diese Werte, sobald sie eintreffen. Die Nachrichten werden strukturiert über sogenannte Topics adressiert, zum Beispiel shellypro3em/aaaaaa/status/em:0.

Gegenüber HTTP-basierten Ansätzen spart MQTT erheblich an Overhead, da keine vollständige Anfrage-Antwort-Sequenz nötig ist. Das macht es für kontinuierliche Messung im Sekundentakt geeignet.

Shelly EM3 und EM3 Pro: Unterschiede und Einsatzbereiche

Shelly bietet zwei Varianten für die dreiphasige Messung an, die sich in Genauigkeit, Gehäuse und Anbindung unterscheiden.

• Shelly EM3 (erste Generation): Kompaktes Gerät für die Hutschiene, misst Wirkleistung, Spannung, Strom und Frequenz je Phase. Kommuniziert über WLAN und sendet Daten per MQTT oder HTTP. Geeignet für Haushalte und kleinere Gewerbeobjekte.
• Shelly EM3 Pro: Erweiterte Variante mit höherer Messgenauigkeit, zusätzlichen Schnittstellen und verbesserter Firmware. Unterstützt ebenfalls MQTT und ist für anspruchsvollere Installationen ausgelegt, bei denen Phasengenauigkeit und stabile Langzeiterfassung wichtig sind.

Beide Geräte liefern Messwerte zu Wirkleistung (W), Blindleistung (VAr), Scheinleistung (VA), Leistungsfaktor, Spannung und Strom je Phase sowie kumulierte Energiewerte (kWh). Die MQTT-Nachrichten werden im JSON-Format übertragen und lassen sich direkt in Zeitreihendatenbanken wie InfluxDB oder ClickHouse einspeisen.

Emonio: Modulare Messung über RS485 und MQTT

Emonio ist ein Messgerät, das primär über RS485/Modbus kommuniziert und damit auch ältere Zähler und Industriegeräte einbinden kann. Ein Emonio-Gateway übersetzt die Modbus-Daten und leitet sie per MQTT weiter.

Der Unterschied zu Shelly: Während Shelly-Geräte eigenständige WLAN-Nodes sind, fungiert Emonio als Aggregator für mehrere Messpunkte an einem Standort. Das macht es interessant für Anlagen mit verschiedenen Zählern (Bezug, Einspeisung, Unterzähler je Verbraucher).

Emonio unterstützt verschiedene Zählerprotokolle und kann damit auch Wärmemengenzähler oder Gaszähler einbinden, sofern diese eine entsprechende Schnittstelle haben. Die Messdaten landen ebenfalls per MQTT beim Broker.

Stolperfallen aus der Praxis

Bei der Inbetriebnahme solcher Setups treten regelmäßig ähnliche Probleme auf:

• MQTT-Broker nicht abgesichert: Ein offener Broker ohne Authentifizierung ist ein Sicherheitsrisiko. Mosquitto oder vergleichbare Broker sollten mit Nutzernamen, Passwort und TLS betrieben werden.
• Stromwandler falsch dimensioniert: Sowohl Shelly EM3 als auch Emonio arbeiten mit Klappstromwandlern. Wird der falsche Nennstrom gewählt, liefert das Gerät systematisch falsche Werte. Die Wandler müssen zum maximalen Nennstrom des Abgangs passen.
• Phasenzuordnung unklar: In Dreiphasensystemen müssen L1, L2 und L3 korrekt den physischen Leitern zugeordnet werden. Eine vertauschte Phase fällt nicht sofort auf, verfälscht aber Verbrauchsanalysen dauerhaft.
• MQTT-Nachrichten puffern sich bei Netzunterbrechung: Shelly-Geräte senden Daten nur, wenn WLAN verfügbar ist. Kurze Unterbrechungen führen zu Datenlücken in der Zeitreihe. Eine lokale Pufferung im Broker (Retained Messages, QoS 1) kann helfen, ist aber kein vollständiger Ausgleich.
• Zeitstempel fehlen im Payload: Viele MQTT-Nachrichten enthalten keinen expliziten Zeitstempel. Der Empfangszeitpunkt des Brokers wird dann als Messzeit angenommen, was bei verzögerten Nachrichten zu Ungenauigkeiten führt.

Fazit

Shelly EM3, EM3 Pro und Emonio bieten zusammen mit MQTT eine solide Grundlage für dreiphasiges Energiemonitoring. Das Protokoll ist ressourcenschonend, lokal betreibbar und gut in bestehende Datenpipelines integrierbar. Die Geräte unterscheiden sich in Einsatzbereich und Anschlussmöglichkeiten: Shelly eignet sich für schnelle WLAN-basierte Installationen, Emonio für Szenarien mit mehreren Zählern und RS485-Bestand.

Entscheidend für zuverlässige Messdaten sind korrekt dimensionierte Stromwandler, eine abgesicherte Broker-Konfiguration und eine sorgfältige Phasenzuordnung bei der Inbetriebnahme.

FAQ

Brauche ich eine Cloud-Anbindung, um Shelly EM3 per MQTT zu nutzen?

Nein. Shelly-Geräte können so konfiguriert werden, dass sie ausschließlich an einen lokalen MQTT-Broker senden. Eine Verbindung zur Shelly-Cloud ist nicht erforderlich und kann in den Geräteeinstellungen deaktiviert werden.

Welchen MQTT-Broker sollte ich für den Heimbereich einsetzen?

Mosquitto ist der am weitesten verbreitete Open-Source-Broker und läuft auf einem Raspberry Pi oder kleinen Linux-Servern problemlos. Für produktive Umgebungen empfiehlt sich eine Konfiguration mit TLS und Nutzerauthentifizierung.

Wie unterscheidet sich Emonio von einem Shelly EM3 Pro?

Shelly EM3 Pro ist ein eigenständiges WLAN-Gerät mit drei Eingängen. Emonio ist ein Gateway, das mehrere Messpunkte über RS485/Modbus aggregiert und deren Daten gebündelt per MQTT weiterleitet – geeignet für Anlagen mit vielen Zählern oder Industrieprotokollen.

Was passiert mit den Messdaten, wenn das WLAN kurz ausfällt?

Shelly-Geräte puffern Daten nicht lokal. Bei WLAN-Ausfall gehen Messwerte für diesen Zeitraum verloren. Emonio-Gateways können je nach Konfiguration einen lokalen Puffer haben. Für lückenlose Zeitreihen ist eine stabile Netzwerkverbindung daher wichtig.