Was ist Effizienter? Normales Laden, Quick Charge oder USB Power Delivery?

Vielleicht habt Ihr Euch auch schon einmal gefragt was die effizienteste Möglichkeit ist Euer Smartphone zu laden, Quick Charge oder ein normales Aufladen?

Mit effizient meine ich in diesem Fall nicht die benötigte Zeit für eine vollständiges Laden, sondern die benötigte Energie.

Ist ein langsameres Laden effizienter als das Nutzen von Schnelllade Technologien? Hier gibt es einige Punkte zu ergründen! Ich hoffe Ihr habt etwas Zeit mitgebracht.

Die Basis

Wenn es um die Frage des effizienten Laden eines Smartphones geht, gibt es zwei wichtige Komponenten. Zum einen natürlich das Smartphone und zum anderen das Ladegerät. Wandelt eine von beiden Komponenten zu viel Energie in Wärme um, kostet dies Effizienz und somit Euch Geld und Zeit.

Beginnen wir aber mit der Basis wie das Aufladen eines Smartphones funktioniert.

Das Steckernetzteil Eueres Smartphones muss zunächst die 230V AC gleichrichten und in eine niedrigere Spannung umwandeln. Diese niedrigere Spannung liegt beim normalen Laden bei 5V und kann beim Schnellladen auf bis zu 20V hochgehen.

In Eurem Smartphone muss nun die Spannung von 5-20V auf 4,2V reduziert werden. 4,2V ist die reguläre Ladespannung von Lithium Polymer Akkus, welche mit einer konstanten Spannung geladen werden.

Zwar kann Quick Charge 3.0/4.0 bis zu 12V liefern und der USB Power Delivery Standard bis zu 20V, aber Smartphones laden in der Regel entweder mit 5V oder 9V. Höhere Spannungen sind selten.

Warum werden aber überhaupt höhere Spannungen als 5V verwendet?

Es gibt hier zwei Komponenten die man beachten muss, Spannung(Volt) und Strom(Ampere). Kann Euer Smartphone mit 15W laden könnte dies entweder 5V und 3A oder 9V und 1,66A nutzen, beides kommt letztendlich aufs Gleiche hinaus.

Höhere Spannungen haben verglichen mit höheren Strömen den Vorteil das die Übertragung und Verarbeitung leichter ist. Daher gibt es auch in der Regel Hochspannungsleitungen und keine Hochstromleitungen (Letztere gibt es auch, aber nicht für das Übertragen von Energie über hohe Distanzen).

Quick Charge 3.0 und 4.0 haben noch ein Ass im Ärmel. Beide Technologien können während des Ladens die Spannung und den Strom konstant anpassen. Es kann also sein, dass das Smartphone während des Ladens mal mit 6V, mal mit 7V oder auch mal mit 9,2V lädt.

Es gibt hier einen Chip der versucht konstant den Ladevorgang zu optimieren, welcher laut Hersteller bis zu 30% mehr Effizienz bieten soll.

Welche Ladegeräte sind effizienter?

Starten wir bei den Ladegeräten. Hier kann ich natürlich nicht alle Modelle auf dem Markt testen, aber das müssen wir vielleicht auch gar nicht.

Für diesen Test habe ich durchaus eine große Masse an Ladegeräten zusammengetragen und die Effizienz der einzelnen Ports getestet, sofern diese mehrere haben.

Dies sollte erlauben eine gewisse Tendenz zu erkennen welche Ladetechnologie, wenn wie effizient ist. Hierbei beschränkte ich mich auf die drei großen Ladetechnologien, das normale Laden, Quick Charge 2.0/3.0 und USB Power Delivery.

Da natürlich Quick Charge und USB Power Delivery verschiedene Spannungen bieten, aber das normale Laden nur 5V, müssen wir die ganzen Werte etwas aufschlüsseln.

Starten wir nur mit der 5V Spannungsstufe. Alle Ladegeräte wurden hier mit 5V 2-2,4A belastet, also durchaus eine gehobene Auslastung.

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Ich denke man kann durchaus sagen, dass wir ein paar interessante Tendenzen sehen. Wenn es nur um das Erzeugen einer 5V Spannung geht sind die USB Power Delivery Ports und auch Quick Charge Ports im Schnitt ein Stück ineffizienter als „normale“ USB Ports.

Die „normalen“ USB Ports (von immerhin 20 getesteten Ladegeräten) erreichen eine durchschnittliche Effizienz von 83%, das schlechteste Ladegerät (Lumsing TEAU40W) erreicht 79% und das beste Ladegerät (Anker PowerPort Speed 5) 87%.

Bei den Quick Charge Ladegeräten haben wir eine durchschnittliche Effizienz von 80%, das schlechteste Ladegerät (AUKEY PA-T15) schafft hier 73%, das beste Ladegerät (RAVPower RP-PC007) 85%.

Bei den USB Power Delivery Ladegeräten kommen wir auf eine durchschnittliche Effizienz von ebenfalls 80%, das schlechteste Ladegerät (Tizi Tankstelle 60W) schafft hier 74% und das beste Ladegerät (AUKEY PA-Y12) 84%.

Bei Mulitport Ladegeräten die einen normalen USB Port und einen Schnellladeport haben ist immer der normale USB Port effizienter, zumindest bei allen Modellen die ich bisher in der Hand hatte.

Überraschend? Nein! Für Quick Charge und USB Power Delivery ist zusätzliche Elektronik, Controller usw. nötig, welche man bei normalen USB Ladegeräten nicht benötigt. Sämtliche zusätzliche Elektronik kostet Effizienz.

Aber was wenn wir die Spannung hochdrehen? Dies geht natürlich nicht bei den normalen USB Ports, aber sowohl bei den Quick Charge und USB Power Delivery. Diesmal habe ich eine Leistung von 12-16W wie auch 9V angepeilt für alle Ladegeräte.

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Jetzt wird es spannend! Denn die Effizienz von Quick Charge und Power Delivery steigt stark! Bei Quick Charge steigt die Effizienz von 80% im Schnitt auf 82,2%.

Bei USB Power Delivery ist dies sogar noch deutlicher, hier steigt die Effizienz auf satte 85,3%!

Aufgrund der höheren Spannung, welche Effizienter für die Übertragung ist, werden die Nachteile durch die zusätzliche Komplexität voll wieder reingeholt.

Was wenn wir die Spannung aber noch etwas weiter anheben, zumindest bei USB Power Delivery?

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Dies sorgt nochmals für eine gesteigerte Effizienz. Diese geht bei 15V auf 86,1% hoch und bei 20V auf 85,9% hoch.

Zusammengefasst bei einer normalen bis hohen Last sind normale USB Ladegeräte im Schnitt effizienter als Quick Charge oder USB Power Delivery Ladegeräte, gerade bei 5V! Habt Ihr also einen Raspberry PI oder so was betreibt diesen nicht an einem Quick Charge Ladegerät, sofern Ihr die optimale Effizienz wollt.

Erst bei höheren Spannungen 9V+ können die Schnellladegeräte Ihre Effizienz soweit steigern, dass diese mit dem durchschnittlichen normalen Ladegerät gleichaufziehen.

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Gerade USB Power Delivery Ladegeräte können bei höheren Spannungen ihre Effizienz signifikant steigern und auch Quick Charge hinter sich lassen. Dies muss natürlich nicht für alle Ladegeräte gelten, aber dies sind die Werte die ich im Schnitt erhielt.

Die andere Seite, wie effizient laden Smartphones?

Aber letztendlich kommt es nicht nur auf das Ladegerät an, sondern auch auf das Gerät das geladen wird.

Hier kann man sich die gleiche Frage stellen, was ist effizienter? Quick Charge, normales laden, extra langsames Laden oder USB Power Delivery?

Auch hier gilt natürlich es kommt aufs Smartphone an. Aber ich habe einmal fünf Smartphones getestet, vielleicht zeichnet sich ja ein Muster ab.

Bei den Testkandidaten handelt es sich um das ASUS Zenfone 5z, BQ Aquaris X2 Pro, Xiaomi MI A2, Google Pixel 2 XL und Samsung Galaxy S9+.

Der Testaufbau war bei allen Geräten identisch. Ich habe diese entladen bis es eine vollständige Abschaltung gab, dann wurden diese jeweils an einem Ladegerät geladen bis der Ladestrom auf unter 0,4W fiel.

Dabei blieben die Smartphones abgeschaltet um einen Hintergrund Energieverbrauch auszuschließen. Der Ladestrom und wie viel Energie in die Smartphones gepumpt wurde, wurde mit einem Marke Eigenbau Messgerät welches auf einem Arduino basiert mitgeloggt für eine spätere Auswertung.

Im Detail gibt es zwar ein paar Unterschiede je nach Gerät, aber es lässt sich eine klare Tendenz ablesen.

Umso schneller der Ladevorgang umso ineffizienter. Bei allen Smartphones war das langsame Laden an einem 1A Ladegerät teils Signifikat effizienter.

Beim BQ Aquaris X2 Pro war das langsame Laden gute 12% effizienter.

Eine kleine Ausnahme gab es beim Samsung Galaxy S9+, wo ich mir zugegeben im Nachhinein nicht ganz sicher war ob es sich um einen Messfehler handeln könnte.

Hier war das normale Laden mit 1,67A effizienter als das extrem langsame Laden. Dennoch gab es kein Smartphone welches mit Quick Charge oder USB Power Delivery effizienter lud als an einem normalen 5V Netzteil.

An normalen 5V Ladegeräten erreichten die Smartphones eine durchschnittliche Ladeeffizienz von 86,8%.

Via Quick Charge/Power Delivery kommen wir auf 81,7%.

Fazit

Auch wenn mein kleiner Test sicherlich nur eine Stichprobe ist, kann man diesen dennoch einige interessante Erkenntnisse entnehmen.

Die Wichtigste ist, dass das Laden an einem normalen 5V Port/Ladegerät in der Regel das effizienteste Laden ist, zumindest was die Energie Nutzung angeht.

Habt Ihr ein Multiport USB Ladegerät mit mehreren Anschlusstypen ist beispielsweise der normale USB Port in der Regel einige Prozent effizienter.

Auch Smartphones gehen mit der normalen 5V Spannung effizienter um. Ich konnte hier teils eine bis zu 12% höhere Effizienz feststellen können, als beim laden via Quick Charge oder USB Power Delivery.

Lasst Euch von dieser Erkenntnis im Alltag nur bedingt beeinflussen. Smartphones benötigen so wenig Energie, dass es hier finanziell keine große Rolle spielt ob Ihr nun einen Schnellladestandard nutzt oder das Smartphone langsam ladet.

Beispielsweise beim Samsung Galaxy S9+ würde Euch ein vollständiges Laden via Quick Charge rund 0,0042€ kosten und beim normalen Laden 0,0036€ (bei 0,25€ pro KWh). Selbst aufs Jahr hochgerechnet, wenn Ihr täglich ladet, würde Euch das Schnellladen nur 0,193€ mehr kosten.

Interessant und relevant ist diese Information nur wenn es begrenzte Energie gibt, wie bei einer Powerbank.

Hier würde ich ganz klar vom Nutzen von Schnellladestandards abraten, sofern die Kapazität knapp wird.

Ebenso würde ich davon abraten Kleingeräte wie einen Raspberry Pi an einem Quick Charge Port/Ladegerät zu nutzen, da diese in der Regel bei so etwas deutlich ineffizienter sind.