能量转换效率

能量转换效率（η）是能量转换机器的有用输出与输入之间的能量比。 输入以及有用的输出可以是化学，电力，机械功，光（辐射）或热量。

概观
能量转换效率取决于输出的有用性。 如果例如工作是热力循环的期望输出，则燃烧燃料产生的全部或部分热量可能变成废弃的废热。 能量转换器是能量转换的一个例子。 例如，灯泡属于能量转换器类别。  即使定义包含有用性概念，效率也被视为技术或物理术语。 目标或任务导向的术语包括有效性和功效。

通常，能量转换效率是0到1.0之间的无量纲数，或0％到100％。 例如，对于永动机，效率可能不超过100％。 然而，其他可能超过1.0的有效措施用于热泵和其他移动热量而非转换热量的设备。

在谈论热力发动机和发电站的效率时，应该说明惯例，即HHV（即总热值等）或LCV（又称净热值），以及总产量（发电机终端）还是净值正在考虑输出（在电站围栏）。 两者是分开的，但都必须说明。 如果不这样做会导致无休止的混乱。

相关的，更具体的术语包括

电效率，每消耗电能的有用功率输出;
机械效率，其中一种形式的机械能（例如水的势能）转换为机械能（工作）;
热效率或燃料效率，每输入能量的有用热量和/或功输出，例如消耗的燃料;
“总效率”，例如，热电联产，有用电力和每燃料消耗的热量输出。 与热效率相同。
发光效率，发射的电磁辐射的一部分可用于人类视觉。

燃料加热值和效率
在欧洲，燃料的可用能量含量通常使用该燃料的较低热值（LHV）来计算，其定义假设在燃料燃烧（氧化）期间产生的水蒸气保持为气态，并且不会冷凝成液态水。所以水的蒸发潜热是不可用的。 使用LHV，冷凝锅炉可以达到超过100％的“加热效率”（只要理解LHV惯例，这不会违反热力学第一定律，但确实会引起混淆）。 这是因为该装置回收了部分汽化热，这不包括在燃料的低热值的定义中。在美国和其他地方，使用较高的热值（HHV），其包括用于冷凝水蒸气的潜热，因此在HHV的使用中不能超过100％效率的热力学最大值。

壁插效率，发光效率和功效
在诸如照明和激光的光学系统中，能量转换效率通常被称为壁插效率。 壁插效率是输出辐射能量的度量，以瓦特（每秒焦耳）为单位，以输入电能的总和为单位。 输出能量通常根据绝对辐照度来测量，壁插效率以总输入能量的百分比给出，反向百分比表示损失。

壁插效率与发光效率的不同之处在于，墙插效率描述了能量的直接输出/输入转换（可以执行的工作量），而发光效率考虑了人眼对不同波长的不同灵敏度（它如何照亮空间）。 不是使用瓦特，而是以流明来测量光源产生与人类感知成比例的波长的能力。 人眼对555纳米（绿黄色）的波长最敏感，但灵敏度在此波长的任一侧急剧下降，遵循高斯功率曲线，并在光谱的红色和紫色端降至零灵敏度。 由于这个原因，眼睛通常不会看到特定光源发出的所有波长，也不会看到可见光谱内的所有波长。 例如，黄色和绿色占眼睛感知白色的50％以上，即使在辐射能量方面，白光是由所有颜色的相等部分制成的（即：5 mw绿色激光看起来更亮而不是5 mw的红色激光，但红色激光在白色背景下更加突出。因此，光源的辐射强度可能远大于其发光强度，这意味着光源发出的能量超过眼睛可以使用的能量。同样，灯的壁插效率通常高于其发光效率。 将光能转换成与人眼的灵敏度成比例的可见光波长的光源的有效性被称为发光效率，其以每瓦电流（lm / w）的电流输入为单位测量。 -能源。

与作为测量单位的功效（有效性）不同，效率是以百分比表示的无单位数，仅要求输入和输出单元属于相同类型。 因此，光源的发光效率是在特定波长下每理论最大功效的发光效率的百分比。 光子所携带的能量由其波长决定。 在流明中，这种能量被眼睛对所选波长的敏感性所抵消。 例如，绿色激光指示器可以具有相同功率输出的红色指针的表观亮度的30倍以上。 在波长为555nm处，1瓦的辐射能量相当于685流明，因此在该波长下的单色光源具有685lm / w的发光效率，具有100％的发光效率。 对于555nm两侧的波长，理论最大效率降低。 例如，低压钠灯产生589nm的单色光，发光效率为200lm / w，这是所有灯中最高的。 该波长的理论最大效率为525 lm / w，因此该灯的发光效率为38.1％。 因为灯是单色的，所以发光效率几乎与<插头效率＆lt; 40％。

对于产生白光或光谱线混合的灯，发光效率的计算变得更加复杂。 荧光灯比低压钠灯具有更高的壁插效率，但只有一半的发光效率为~100 lm / w，因此荧光灯的发光效率低于钠灯。 氙闪光灯的典型插墙效率为50-70％，超过了大多数其他形式的照明。 由于闪光管发射大量的红外和紫外辐射，因此眼睛只使用一部分输出能量。 因此，发光效率通常约为50流明/瓦。 然而，并非所有照明应用都涉及人眼，也不限于可见波长。 对于激光泵浦，功效与人眼无关，因此它不被称为“发光”功效，而是简单地称为“功效”，因为它涉及激光介质的吸收线。 通常选择氪闪光灯用于泵浦Nd：YAG激光器，即使它们的壁插效率通常仅为~40％。 氪的光谱线更好地匹配钕掺杂晶体的吸收线，因此氪的功效远高于氙; 对于相同的电输入，能够产生高达两倍的激光输出。 所有这些术语指的是当它们离开光源时的能量和流明量，忽略在照明装置或随后的输出光学器件中可能发生的任何损失。 灯具效率是指每个灯泡输出的灯具总流明输出。

除了一些光源，例如白炽灯泡，大多数光源在“墙上插头”（电子输入点，可能包括电池，直接布线或其他来源）和最终之间具有多级能量转换。光输出，每个阶段都会产生损失。 低压钠灯最初使用电镇流器转换电能，以维持适当的电流和电压，但镇流器中会损失一些能量。 类似地，荧光灯也使用镇流器（电子效率）转换电力。 然后通过电弧将电转换成光能（电极效率和放电效率）。 然后将光转移到仅吸收合适波长的荧光涂层，由于反射和通过涂层的透射而导致这些波长的一些损失（转移效率）。 涂层吸收的光子数量与荧光（量子效率）重新发射的数量不匹配。 最后，由于斯托克斯位移的现象，重新发射的光子将具有比吸收的光子更短的波长（因此更低的能量）（荧光效率）。 以非常类似的方式，激光器也经历了墙插头和输出孔之间的许多转换阶段。 因此，术语“壁插式效率”或“能量转换效率”用于表示能量转换装置的整体效率，减去每级的损耗，尽管这可能排除操作某些装置所需的外部部件，例如冷却液泵。

能量转换效率的例子