A eficiência de conversão de energia (η) é a razão entre a saída útil de uma máquina de conversão de energia e a entrada, em termos de energia. A entrada, assim como a saída útil, pode ser química, energia elétrica, trabalho mecânico, luz (radiação) ou calor.

visão global
A eficiência da conversão de energia depende da utilidade da saída. Todo ou parte do calor produzido pela queima de um combustível pode se tornar rejeitado pelo calor residual se, por exemplo, o trabalho for a saída desejada de um ciclo termodinâmico. Conversor de energia é um exemplo de uma transformação de energia. Por exemplo, uma lâmpada entra no conversor de energia das categorias.  Embora a definição inclua a noção de utilidade, a eficiência é considerada um termo técnico ou físico. Os termos orientados por meta ou missão incluem eficácia e eficácia.

Geralmente, a eficiência de conversão de energia é um número sem dimensão entre 0 e 1,0, ou 0% a 100%. As eficiências não podem exceder 100%, por exemplo, para uma máquina de movimento perpétuo. No entanto, outras medidas de eficácia que podem exceder 1,0 são usadas para bombas de calor e outros dispositivos que movem o calor em vez de convertê-lo.

Ao falar sobre a eficiência de motores de calor e estações de energia, convém declarar a convenção, ou seja, HHV (também conhecido como Valor Bruto de Aquecimento, etc.) ou LCV (também conhecido como Valor Líquido de Aquecimento) e se a produção bruta (nos terminais do gerador) ou líquida saída (na cerca da estação de energia) estão sendo considerados. Os dois são separados, mas ambos devem ser declarados. Não fazer isso causa confusão sem fim.

Termos relacionados e mais específicos incluem

Eficiência elétrica, potência útil por energia elétrica consumida;
Eficiência mecânica, onde uma forma de energia mecânica (por exemplo, energia potencial da água) é convertida em energia mecânica (trabalho);
Eficiência térmica ou eficiência de combustível, calor útil e / ou saída de trabalho por energia de entrada, como o combustível consumido;
‘Eficiência total’, por exemplo, para cogeração, energia elétrica útil e produção de calor por energia consumida. O mesmo que a eficiência térmica.
Eficiência luminosa, essa parte da radiação eletromagnética emitida é utilizável para a visão humana.

Valores de aquecimento e eficiência do combustível
Na Europa, o teor energético utilizável do combustível é normalmente calculado utilizando o valor de aquecimento inferior (LHV) desse combustível, cuja definição pressupõe que o vapor de água produzido durante a combustão do combustível (oxidação) permanece gasoso e não é condensado em água líquida. então o calor latente de vaporização dessa água não é utilizável. Usando o LHV, uma caldeira de condensação pode alcançar uma “eficiência de aquecimento” superior a 100% (isso não viola a primeira lei da termodinâmica, desde que a convenção de LHV seja entendida, mas cause confusão). Isto porque o aparelho recupera parte do calor de vaporização, o qual não está incluído na definição do valor de aquecimento inferior do combustível. Nos EUA e em outros lugares, é utilizado o maior valor de aquecimento (HHV), que inclui o calor latente para condensação do vapor de água e, portanto, o máximo termodinâmico de 100% de eficiência não pode ser excedido com o uso de HHV.

Eficiência de tomada de parede, eficiência luminosa e eficácia
Em sistemas ópticos, como iluminação e lasers, a eficiência de conversão de energia é freqüentemente chamada de eficiência de tomada de parede. A eficiência do plugue de parede é a medida da energia radiativa de saída, em watts (joules por segundo), pelo total da energia elétrica de entrada em watts. A energia de saída é geralmente medida em termos de irradiância absoluta e a eficiência do plugue de parede é dada como uma porcentagem do total de energia de entrada, com a porcentagem inversa representando as perdas.

A eficiência do plugue de parede difere da eficiência luminosa em que a eficiência do plugue de parede descreve a conversão direta de energia de saída / entrada (a quantidade de trabalho que pode ser executada) considerando que a eficiência luminosa leva em conta a variação da sensibilidade do olho humano a diferentes comprimentos de onda ( quão bem pode iluminar um espaço). Em vez de usar watts, o poder de uma fonte de luz para produzir comprimentos de onda proporcionais à percepção humana é medido em lúmens. O olho humano é mais sensível a comprimentos de onda de 555 nanômetros (amarelo esverdeado), mas a sensibilidade diminui drasticamente para qualquer lado desse comprimento de onda, seguindo uma curva de potência gaussiana e caindo para a sensibilidade zero nas extremidades vermelha e violeta do espectro.Devido a isso, o olho não costuma ver todos os comprimentos de onda emitidos por uma fonte de luz particular, nem vê todos os comprimentos de onda dentro do espectro visual igualmente.Amarelo e verde, por exemplo, perfazem mais de 50% do que o olho percebe como sendo branco, embora em termos de energia radiante a luz branca seja feita de porções iguais de todas as cores (por exemplo: um laser verde de 5 mw aparece mais brilhante de um laser vermelho de 5 mw, mas o laser vermelho se destaca contra um fundo branco). Portanto, a intensidade radiante de uma fonte de luz pode ser muito maior que sua intensidade luminosa, o que significa que a fonte emite mais energia do que o olho pode usar. Da mesma forma, a eficiência do plugue de parede da lâmpada é geralmente maior que sua eficiência luminosa. A eficácia de uma fonte de luz para converter energia elétrica em comprimentos de onda da luz visível, em proporção à sensibilidade do olho humano, é referida como eficácia luminosa, que é medida em unidades de lumens por watt (lm / w) de entrada elétrica. -energia.

Ao contrário da eficácia (eficácia), que é uma unidade de medida, a eficiência é um número sem unidade expresso em porcentagem, exigindo apenas que as unidades de entrada e saída sejam do mesmo tipo. Portanto, a eficiência luminosa de uma fonte de luz é a porcentagem de eficácia luminosa por eficácia teórica máxima em um comprimento de onda específico. A quantidade de energia transportada por um fóton de luz é determinada pelo seu comprimento de onda. Em lumens, esta energia é compensada pela sensibilidade do olho aos comprimentos de onda selecionados. Por exemplo, um ponteiro laser verde pode ter mais de 30 vezes o brilho aparente de um ponteiro vermelho da mesma potência. A 555 nm em comprimento de onda, 1 watt de energia radiante é equivalente a 685 lumens, assim uma fonte de luz monocromática neste comprimento de onda, com uma eficácia luminosa de 685 lm / w, tem uma eficiência luminosa de 100%. A eficácia teórica máxima diminui para comprimentos de onda em ambos os lados de 555 nm. Por exemplo, lâmpadas de sódio de baixa pressão produzem luz monocromática a 589 nm com uma eficácia luminosa de 200 lm / w, que é a mais alta de qualquer lâmpada. A eficácia máxima teórica nesse comprimento de onda é de 525 lm / w, portanto a lâmpada tem uma eficiência luminosa de 38,1%. Como a lâmpada é monocromática, a eficiência luminosa quase se iguala à eficiência do plugue de parede de & lt;40%.

Cálculos para eficiência luminosa tornam-se mais complexos para lâmpadas que produzem luz branca ou uma mistura de linhas espectrais. As lâmpadas fluorescentes têm maior eficiência de tomada de parede do que lâmpadas de sódio de baixa pressão, mas têm apenas metade da eficácia luminosa de ~ 100 lm / w, assim, a eficiência luminosa das lâmpadas fluorescentes é menor do que as lâmpadas de sódio. Um xenon flashtube tem uma eficiência típica de tomada de parede de 50 a 70%, excedendo a maioria das outras formas de iluminação. Como o tubo de flash emite grandes quantidades de radiação infravermelha e ultravioleta, apenas uma parte da energia de saída é usada pelo olho. A eficácia luminosa é, portanto, tipicamente em torno de 50 lm / w. No entanto, nem todas as aplicações para iluminação envolvem o olho humano, nem estão restritas a comprimentos de onda visíveis. Para o bombeamento a laser, a eficácia não está relacionada com o olho humano, por isso não é chamada de eficácia “luminosa”, mas sim simplesmente “eficácia” no que se refere às linhas de absorção do meio laser. Os flashtubes de Krypton são frequentemente escolhidos para o bombeamento de lasers Nd: YAG, embora a eficiência do plugue de parede seja tipicamente de apenas ~ 40%. As linhas espectrais de Krypton combinam melhor com as linhas de absorção do cristal dopado com neodímio, portanto, a eficácia do crípton para esse propósito é muito maior do que o xenônio; capaz de produzir até duas vezes a saída do laser para a mesma entrada elétrica. Todos esses termos se referem à quantidade de energia e lúmens à medida que eles saem da fonte de luz, desconsiderando quaisquer perdas que possam ocorrer dentro da luminária ou da ótica de saída subsequente. A eficiência da luminária refere-se à saída total do lúmen do equipamento de acordo com a saída da lâmpada.

Com a exceção de algumas fontes de luz, como lâmpadas incandescentes, a maioria das fontes de luz possui múltiplos estágios de conversão de energia entre o “plugue de parede” (ponto de entrada elétrico, que pode incluir baterias, fiação direta ou outras fontes) e saída de luz, com cada estágio produzindo uma perda. Lâmpadas de sódio de baixa pressão convertem inicialmente a energia elétrica usando um reator elétrico, para manter a corrente e a tensão adequadas, mas alguma energia é perdida no reator. Da mesma forma, as lâmpadas fluorescentes também convertem a eletricidade usando um reator (eficiência eletrônica). A eletricidade é então convertida em energia luminosa pelo arco elétrico (eficiência do eletrodo e eficiência de descarga). A luz é então transferida para um revestimento fluorescente que absorve apenas comprimentos de onda adequados, com algumas perdas desses comprimentos de onda devido à reflexão e transmissão através do revestimento (eficiência de transferência). O número de fótons absorvidos pelo revestimento não corresponderá ao número então reenviado como fluorescência (eficiência quântica). Finalmente, devido ao fenômeno do deslocamento de Stokes, os fótons reemitidos terão um comprimento de onda menor (portanto, menor energia) do que os fótons absorvidos (eficiência de fluorescência). De maneira muito semelhante, os lasers também experimentam muitos estágios de conversão entre o plugue de parede e a abertura de saída. Os termos “eficiência de tomada de parede” ou “eficiência de conversão de energia” são usados ​​para denotar a eficiência geral do dispositivo de conversão de energia, deduzindo as perdas de cada estágio, embora isso possa excluir componentes externos necessários para operar alguns dispositivos, como bombas de refrigeração.

Exemplo de eficiência de conversão de energia

Processo de conversão	Tipo de conversão	Eficiência energética
Geração da eletricidade
Turbina a gás	Química a Elétrica	até 40%
Turbina a gás mais turbina a vapor (ciclo combinado)	Química / térmica para elétrica	até 60%
Turbina de água	Gravitacional para elétrico	até 90% (praticamente alcançado)
Turbina de vento	Cinética para elétrica	até 59% (limite teórico)
Célula solar	Radiativo para elétrico	6–40% (dependentes da tecnologia, 15-20% na maioria das vezes, 85–90% do limite teórico)
Célula de combustível	Química a Elétrica	até 85%
Geração Mundial de Eletricidade 2008	Produção bruta 39%	Produção líquida de 33%
Armazenamento de eletricidade
Bateria de iões de lítio	Química a elétrica / reversível	80–90%
Bateria de níquel-metal hidreto	Química a elétrica / reversível	66%
Bateria de chumbo ácido	Química a elétrica / reversível	50–95%
Motor / motor
Motor à combustão	Química a cinética	10 a 50%
Motor elétrico	Elétrico para cinético	70-99,99% (> 200 W); 50 a 90% (10 a 200 W); 30 a 60% (<10 W)
Turbofano	Química a cinética	20 a 40%
Processo natural
Fotossíntese	Radiativo para químico	até 6%
Músculo	Química a cinética	14 a 27%
Utensílio
Refrigerador doméstico	Elétrica para térmica	sistemas low-end ~ 20%; sistemas high-end ~ 40–50%
Lâmpada incandescente	Elétrico para radiativo	0,7-5,1%, 5 a 10%
Diodo emissor de luz (LED)	Elétrico para radiativo	4,2–53%
Lâmpada fluorescente	Elétrico para radiativo	8,0–15,6%, 28%
Lâmpada de sódio de baixa pressão	Elétrico para radiativo	15,0 – 29,0%, 40,5%
Lâmpada de iodetos metálicos	Elétrico para radiativo	9,5–17,0%, 24%
Fonte de alimentação comutada	Elétrica para elétrica	atualmente até 96% praticamente
Chuveiro elétrico	Elétrica para térmica	90–95% (multiplique com a eficiência energética da geração de eletricidade para comparação com outros sistemas de aquecimento de água)
Aquecedor elétrico	Elétrica para térmica	~ 100% (essencialmente toda a energia é convertida em calor, multiplicar com a eficiência energética da geração de eletricidade para comparação com outros sistemas de aquecimento)
Outras
Arma de fogo	Química a cinética	~ 30% (munição de .300 Hawk)
Eletrólise da água	Elétrica a Química	50–70% (máximo teórico de 80–94%)