ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน ( η ) คืออัตราส่วนระหว่างผลผลิตที่มีประโยชน์ของเครื่องจักรแปลงพลังงานกับอินพุตใน แง่ของ พลังงานอินพุตและผลผลิตที่มีประโยชน์อาจเป็นพลังงานเคมีพลังงานไฟฟ้างานเชิงกลแสง(รังสี) หรือความร้อนค่าที่ได้η (eta) มีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานขึ้นอยู่กับประโยชน์ของผลลัพธ์ ความร้อนทั้งหมดหรือบางส่วนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอาจกลายเป็นความร้อนเหลือ ทิ้ง หากตัวอย่างเช่น งานเป็นผลลัพธ์ที่ต้องการจากวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิกอุปกรณ์แปลงพลังงานเป็นตัวอย่างของการแปลงพลังงาน เช่น หลอดไฟจัดอยู่ในประเภทของอุปกรณ์แปลงพลังงาน ${\displaystyle \eta ={\frac {P_{\mathrm {out} }}{P_{\mathrm {in} }}}}$ แม้ว่าคำจำกัดความจะรวมถึงแนวคิดเรื่องประโยชน์ใช้สอย แต่ประสิทธิภาพถือเป็น คำศัพท์ ทางเทคนิคหรือทางกายภาพส่วนคำศัพท์ที่เน้นเป้าหมายหรือภารกิจ ได้แก่ประสิทธิผลและประสิทธิภาพเชิงผลลัพธ์

โดยทั่วไป ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเป็น ตัวเลข ที่ไม่มีหน่วยอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1.0 หรือ 0% ถึง 100% ประสิทธิภาพไม่สามารถเกิน 100% ได้ เพราะจะทำให้เกิด เครื่องจักร ที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาซึ่งเป็นไปไม่ได้

อย่างไรก็ตามมาตรการประสิทธิผล อื่นๆ ที่สามารถเกิน 1.0 ได้นั้นใช้สำหรับตู้เย็นปั๊มความร้อนและอุปกรณ์อื่นๆ ที่เคลื่อนย้ายความร้อนแทนที่จะแปลงความร้อน มาตรการนี้ไม่ได้เรียกว่าประสิทธิภาพ แต่เรียกว่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพหรือCOPซึ่งเป็นอัตราส่วนของความร้อนหรือความเย็นที่เป็นประโยชน์ที่ได้รับเมื่อเทียบกับงาน (พลังงาน) ที่ต้องการ COP ที่สูงขึ้นหมายถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้น การใช้พลังงาน (กำลัง) ที่ต่ำลง และต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำลง โดยปกติ COP จะเกิน 1 โดยเฉพาะในปั๊มความร้อน เพราะแทนที่จะแปลงงานเป็นความร้อน (ซึ่งหากมีประสิทธิภาพ 100% จะมี COP เท่ากับ 1) มันจะปั๊มความร้อนเพิ่มเติมจากแหล่งความร้อนไปยังที่ที่ต้องการความร้อน เครื่องปรับอากาศส่วนใหญ่มี COP อยู่ที่ 2.3 ถึง 3.5 ^{[ 4 ]}

เมื่อพูดถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนและโรงไฟฟ้า ควรระบุให้ชัดเจนว่าใช้หน่วยใด เช่น HHV ( หรือค่าความร้อนรวม) หรือ LCV (หรือค่าความร้อนสุทธิ) และต้องระบุด้วยว่ากำลังพิจารณาค่าผลผลิตรวม (ที่ขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) หรือค่าผลผลิตสุทธิ (ที่รั้วโรงไฟฟ้า) ทั้งสองค่าแยกจากกัน แต่ต้องระบุให้ชัดเจน การไม่ระบุจะทำให้เกิดความสับสนไม่รู้จบ

คำศัพท์ที่เกี่ยวข้องและเฉพาะเจาะจงมากขึ้น ได้แก่

• ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าหมายถึง กำลังไฟฟ้าที่ได้ต่อกำลังไฟฟ้าที่ใช้ไป
• ประสิทธิภาพเชิงกลคือ การแปลงพลังงานเชิงกลรูปแบบหนึ่ง (เช่น พลังงานศักยภาพของน้ำ) ไปเป็นพลังงานเชิงกล ( งาน )
• ประสิทธิภาพเชิงความร้อนหรือประสิทธิภาพเชิงเชื้อเพลิง หมายถึง ความร้อนและ/หรืองานที่เป็นประโยชน์ที่ได้ต่อพลังงานที่ป้อนเข้าไป เช่นเชื้อเพลิงที่ใช้ไป
• 'ประสิทธิภาพโดยรวม' เช่น สำหรับระบบผลิต พลังงานร่วม หมายถึง กำลังไฟฟ้า และความร้อน ที่เป็นประโยชน์ต่อพลังงานเชื้อเพลิงที่ใช้ไป ซึ่งเหมือนกับประสิทธิภาพเชิงความร้อน
• ประสิทธิภาพการส่องสว่างคือ สัดส่วนของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา ซึ่งมนุษย์สามารถนำไปใช้ในการมองเห็นได้

การเปลี่ยนแปลงพลังงานกิบส์ของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่กำหนดไว้ที่อุณหภูมิเฉพาะ คือปริมาณพลังงานขั้นต่ำตามทฤษฎีที่จำเป็นเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงนั้นเกิดขึ้น (หากการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิบส์ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นบวก) หรือพลังงานสูงสุดตามทฤษฎีที่อาจได้รับจากการเปลี่ยนแปลงนั้น (หากการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิบส์ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นลบ) ประสิทธิภาพพลังงานของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอาจแสดงได้โดยสัมพันธ์กับค่าต่ำสุดหรือสูงสุดตามทฤษฎีเหล่านี้ ความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีและการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิบส์ของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่อุณหภูมิเฉพาะ บ่งชี้ถึงความร้อนที่ต้องป้อนเข้าไปหรือความร้อนที่ต้องกำจัดออก (การทำความเย็น) เพื่อรักษาอุณหภูมินั้นไว้^{[ 5 ]}

อาจพิจารณาเซลล์เชื้อเพลิงว่าเป็นกระบวนการย้อนกลับของการแยกด้วยไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น เซลล์เชื้อเพลิงในอุดมคติที่ทำงานที่อุณหภูมิ 25  °C โดยมีไฮโดรเจนและออกซิเจนในสถานะก๊าซเป็นอินพุต และน้ำเหลวเป็นเอาต์พุต สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าสูงสุดตามทฤษฎีได้ 237.129 kJ (0.06587 kWh) ต่อกรัมโมล (18.0154 กรัม) ของน้ำที่ผลิตได้ และจะต้องใช้พลังงานความร้อน 48.701 kJ (0.01353 kWh) ต่อกรัมโมลของน้ำที่ผลิตได้เพื่อนำออกจากเซลล์เพื่อรักษาอุณหภูมิดังกล่าว^{[ 6 ]}

หน่วยอิเล็กโทรไลซิสในอุดมคติที่ทำงานที่อุณหภูมิ 25  °C โดยมีน้ำเหลวเป็นสารตั้งต้นและไฮโดรเจนและออกซิเจนในรูปก๊าซเป็นผลิตภัณฑ์ จะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าขั้นต่ำตามทฤษฎี 237.129 kJ (0.06587 kWh) ต่อกรัมโมล (18.0154 กรัม) ของน้ำที่ใช้ไป และจะต้องเพิ่มพลังงานความร้อน 48.701 kJ (0.01353 kWh) ต่อกรัมโมลของน้ำที่ใช้ไปให้กับหน่วยเพื่อรักษาอุณหภูมิดังกล่าว^{[ 6 ]}โดยจะทำงานที่แรงดันเซลล์ 1.24 V

สำหรับหน่วยแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่ทำงานที่อุณหภูมิคงที่ 25  °C โดยไม่มีการป้อนพลังงานความร้อนเพิ่มเติม จะต้องป้อนพลังงานไฟฟ้าในอัตราที่เทียบเท่ากับเอนทาลปี (ความร้อน) ของปฏิกิริยาหรือ 285.830 kJ (0.07940 kWh) ต่อกรัมโมลของน้ำที่ใช้ไป^{[ 6 ]}จะทำงานที่แรงดันเซลล์ 1.48  V พลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าเซลล์นี้มากกว่าค่าต่ำสุดตามทฤษฎี 1.20 เท่า ดังนั้นประสิทธิภาพพลังงานจึงเท่ากับ 0.83 เมื่อเทียบกับเซลล์ในอุดมคติ 

หน่วยแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 1.48  โวลต์ และที่อุณหภูมิ 25  องศาเซลเซียส จะต้องกำจัดพลังงานความร้อนออกไปเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ และประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะต่ำกว่า 0.83

ความแตกต่างของเอนโทรปีจำนวนมากระหว่างน้ำเหลวกับไฮโดรเจนและออกซิเจนในสถานะก๊าซ เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้พลังงานกิบส์ของปฏิกิริยาและเอนทาลปี (ความร้อน) ของปฏิกิริยามีความแตกต่างกันอย่างมาก

ในยุโรป โดยทั่วไปแล้วปริมาณพลังงานที่ใช้ได้ของเชื้อเพลิงจะคำนวณโดยใช้ค่าความร้อนต่ำสุด (LHV) ของเชื้อเพลิงนั้น ซึ่งคำจำกัดความของค่า LHV นั้นถือว่าไอน้ำที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ (ออกซิเดชัน) ของเชื้อเพลิงยังคงอยู่ในสถานะก๊าซ และไม่ควบแน่นเป็นน้ำเหลว ดังนั้นความร้อนแฝงของการระเหยของน้ำนั้นจึงไม่สามารถนำมาใช้ได้ การใช้ค่า LHV ทำให้ หม้อไอน้ำแบบควบแน่นสามารถบรรลุ "ประสิทธิภาพการทำความร้อน" ได้มากกว่า 100% (ซึ่งไม่ขัดกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ตราบใดที่เข้าใจหลักการของค่า LHV แต่ก็ทำให้เกิดความสับสน) ทั้งนี้เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถนำความร้อนจากการระเหย กลับมาใช้ได้บางส่วน ซึ่งไม่ได้รวมอยู่ในคำจำกัดความของค่าความร้อนต่ำสุดของเชื้อเพลิงในสหรัฐอเมริกาและที่อื่นๆ จะใช้ ค่าความร้อนสูงสุด (HHV) ซึ่งรวมถึงความร้อนแฝงสำหรับการควบแน่นของไอน้ำ ดังนั้นจึงไม่สามารถเกินค่าประสิทธิภาพสูงสุดทางอุณหพลศาสตร์ที่ 100% ได้

ในระบบทางแสง เช่น ระบบแสงสว่างและเลเซอร์ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานมักเรียกว่าประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (wall-plug efficiency ) ประสิทธิภาพการใช้พลังงานคือการวัดพลังงานการแผ่รังสีที่ได้ออกมาในหน่วยวัตต์ ( จูลต่อวินาที) ต่อพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ป้อนเข้าไปในหน่วยวัตต์ โดยปกติพลังงานที่ได้จะวัดในรูปของความเข้มแสงสัมบูรณ์ และประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของพลังงานทั้งหมดที่ป้อนเข้าไป โดยเปอร์เซ็นต์ผกผันจะแสดงถึงการสูญเสีย

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (wall-plug efficiency) แตกต่างจากประสิทธิภาพการส่องสว่าง (luminous efficiency)ตรงที่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานอธิบายถึงการแปลงพลังงานเข้าและออกโดยตรง (ปริมาณงานที่สามารถทำได้) ในขณะที่ประสิทธิภาพการส่องสว่างคำนึงถึงความไวของดวงตาต่อความยาวคลื่นต่างๆ ที่แตกต่างกัน (ความสามารถในการส่องสว่างพื้นที่) แทนที่จะใช้หน่วยวัตต์ กำลังของแหล่งกำเนิดแสงในการสร้างความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับการรับรู้ของมนุษย์จะวัดเป็นหน่วยลูเมนดวงตาของมนุษย์มีความไวต่อความยาวคลื่น 555 นาโนเมตร (สีเหลืองอมเขียว) มากที่สุด แต่ความไวจะลดลงอย่างมากทั้งสองด้านของความยาวคลื่นนี้ โดยเป็นไปตาม เส้นโค้งกำลัง แบบเกาส์เซียนและลดลงเหลือศูนย์ที่ปลายสเปกตรัมสีแดงและสีม่วง ด้วยเหตุนี้ ดวงตาจึงมักไม่สามารถมองเห็นความยาวคลื่นทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงใดๆ และไม่สามารถมองเห็นความยาวคลื่นทั้งหมดในสเปกตรัมการมองเห็นได้อย่างเท่าเทียมกัน ตัวอย่างเช่น สีเหลืองและสีเขียวประกอบกันเป็นมากกว่า 50% ของสิ่งที่ดวงตา perceives ว่าเป็นสีขาว แม้ว่าในแง่ของพลังงานการแผ่รังสี แสงสีขาวจะประกอบด้วยสัดส่วนที่เท่ากันของทุกสี (เช่น เลเซอร์สีเขียว 5 mW ดูสว่างกว่า เลเซอร์สีแดง 5 mW แต่เลเซอร์สีแดงกลับโดดเด่นกว่าบนพื้นหลังสีขาว) ดังนั้นความเข้มของการแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสงอาจมากกว่าความเข้มของการส่องสว่าง มาก ซึ่งหมายความว่าแหล่งกำเนิดแสงปล่อยพลังงานมากกว่าที่ดวงตาสามารถใช้ได้ ในทำนองเดียวกัน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของหลอดไฟมักจะมากกว่าประสิทธิภาพการส่องสว่าง ประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้ โดยสัดส่วนกับความไวของดวงตาของมนุษย์ เรียกว่าประสิทธิภาพการส่องสว่างซึ่งวัดในหน่วยลูเมนต่อวัตต์ (lm/w) ของพลังงานไฟฟ้าขาเข้า

ประสิทธิภาพ (Effectiveness) ต่างจากประสิทธิผล (efficacy) ซึ่งเป็นหน่วยวัดประสิทธิภาพการส่องสว่าง (Luminous efficiency) เป็น ตัวเลข ที่ไม่มีหน่วยแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์โดยมีเงื่อนไขเพียงว่าหน่วยนำเข้าและหน่วยส่งออกต้องเป็นชนิดเดียวกัน ดังนั้น ประสิทธิภาพการส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสงจึงเป็นเปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพการส่องสว่างต่อประสิทธิภาพสูงสุดทางทฤษฎีที่ความยาวคลื่นเฉพาะ ปริมาณพลังงานที่โฟตอนของแสงพกพาจะถูกกำหนดโดยความยาวคลื่น ในหน่วยลูเมน พลังงานนี้จะถูกหักล้างด้วยความไวของดวงตาต่อความยาวคลื่นที่เลือก ตัวอย่างเช่นเลเซอร์พอยเตอร์ สีเขียว อาจมีความสว่างปรากฏมากกว่าเลเซอร์พอยเตอร์สีแดงที่มีกำลังส่งเท่ากันถึง 30 เท่า ที่ ความยาวคลื่น 555 นาโนเมตร พลังงานการแผ่รังสี 1 วัตต์เทียบเท่ากับ 683 ลูเมน ดังนั้นแหล่งกำเนิดแสงแบบโมโนโครมาติกที่ความยาวคลื่นนี้ ซึ่งมีประสิทธิภาพการส่องสว่าง 683 ลูเมนต่อวัตต์ จะมีประสิทธิภาพการส่องสว่าง 100% ประสิทธิภาพสูงสุดทางทฤษฎีจะลดลงสำหรับความยาวคลื่นที่อยู่ด้านข้างของ 555  นาโนเมตร ตัวอย่างเช่นหลอดไฟโซเดียมความดันต่ำผลิตแสงโมโนโครมาติกที่ 589  นาโนเมตร โดยมีประสิทธิภาพการส่องสว่าง 200 ลูเมน/วัตต์ ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาหลอดไฟทั้งหมด ประสิทธิภาพสูงสุดตามทฤษฎีที่ความยาวคลื่นนั้นคือ 525 ลูเมน/วัตต์ ดังนั้นหลอดไฟจึงมีประสิทธิภาพการส่องสว่าง 38.1% เนื่องจากหลอดไฟเป็นโมโนโครมาติก ประสิทธิภาพการส่องสว่างจึงเกือบตรงกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ผนังซึ่งน้อยกว่า 40% ^{[ 7 ] [ 8 ]}

การคำนวณประสิทธิภาพการส่องสว่างจะซับซ้อนมากขึ้นสำหรับหลอดไฟที่ให้แสงสีขาวหรือแสงที่มีสเปกตรัมหลายช่วงหลอดฟลูออเรสเซนต์มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงกว่าหลอดโซเดียมความดันต่ำ แต่มีประสิทธิภาพการส่องสว่างเพียงครึ่งหนึ่งของหลอดโซเดียม (~100  lm/w) ดังนั้นประสิทธิภาพการส่องสว่างของหลอดฟลูออเรสเซนต์จึงต่ำกว่าหลอดโซเดียมหลอดแฟลช ซีนอน มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยทั่วไปอยู่ที่ 50–70% ซึ่งสูงกว่าหลอดไฟชนิดอื่นๆ ส่วนใหญ่ เนื่องจากหลอดแฟลชปล่อยรังสีอินฟราเรดและรังสีอัลตราไวโอเลตออกมาในปริมาณมาก จึงมีเพียงส่วนหนึ่งของพลังงานที่ปล่อยออกมาเท่านั้นที่ดวงตาใช้ ดังนั้นประสิทธิภาพการส่องสว่างจึงอยู่ที่ประมาณ 50  lm/w อย่างไรก็ตาม การใช้งานด้านแสงสว่างไม่ได้เกี่ยวข้องกับดวงตาของมนุษย์เสมอไป และไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ สำหรับการปั๊มด้วยเลเซอร์ประสิทธิภาพไม่ได้เกี่ยวข้องกับดวงตาของมนุษย์ ดังนั้นจึงไม่เรียกว่า "ประสิทธิภาพการส่องสว่าง" แต่เรียกว่า "ประสิทธิภาพ" เฉยๆ เนื่องจากเกี่ยวข้องกับเส้นการดูดกลืนแสงของตัวกลางเลเซอร์ หลอดแฟลชคริปตอนมักถูกเลือกใช้สำหรับการปั๊มเลเซอร์Nd:YAGแม้ว่าประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 40% เท่านั้นเส้นสเปกตรัมของคริปตอน เข้ากันได้ดีกว่ากับเส้นการดูดกลืนของผลึก ที่เจือด้วยนีโอไดเมียมดังนั้นประสิทธิภาพของคริปตอนสำหรับวัตถุประสงค์นี้จึงสูงกว่าซีนอน มาก สามารถผลิตเอาต์พุตเลเซอร์ได้มากถึงสองเท่าสำหรับอินพุตไฟฟ้าเดียวกัน^{[ 9 ] [ 10 ]}คำศัพท์เหล่านี้ทั้งหมดหมายถึงปริมาณพลังงานและลูเมนที่ออกจากแหล่งกำเนิดแสง โดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นภายในโคมไฟหรือเลนส์เอาต์พุตที่ตามมาประสิทธิภาพของโคมไฟหมายถึงเอาต์พุตลูเมนทั้งหมดจากโคมไฟต่อเอาต์พุตของหลอดไฟ^{[ 11 ]}

With the exception of a few light sources, such as incandescent light bulbs, most light sources have multiple stages of energy conversion between the "wall plug" (electrical input point, which may include batteries, direct wiring, or other sources) and the final light-output, with each stage producing a loss. Low-pressure sodium lamps initially convert the electrical energy using an electrical ballast, to maintain the proper current and voltage, but some energy is lost in the ballast. Similarly, fluorescent lamps also convert the electricity using a ballast (electronic efficiency). The electricity is then converted into light energy by the electrical arc (electrode efficiency and discharge efficiency). The light is then transferred to a fluorescent coating that only absorbs suitable wavelengths, with some losses of those wavelengths due to reflection off and transmission through the coating (transfer efficiency). The number of photons absorbed by the coating will not match the number then reemitted as fluorescence (quantum efficiency). Finally, due to the phenomenon of the Stokes shift, the re-emitted photons will have a longer wavelength (thus lower energy) than the absorbed photons (fluorescence efficiency). In very similar fashion, lasers also experience many stages of conversion between the wall plug and the output aperture. The terms "wall-plug efficiency" or "energy conversion efficiency" are therefore used to denote the overall efficiency of the energy-conversion device, deducting the losses from each stage, although this may exclude external components needed to operate some devices, such as coolant pumps.^[12][13]

• การเปลี่ยนมาใช้หลอด LED นั้นคุ้มค่าหรือไม่?