Was ist der Leistungskoeffizient (COP)

Der Wirkungsgrad (abgekürzt - Wirkungsgrad) einer elektrischen Anlage zeigt, welcher Anteil der aktiven elektrischen Energie Q, der von dieser Anlage unwiderruflich verbraucht wird, auf die nützliche Arbeit A zurückzuführen ist, die diese Anlage für ihren beabsichtigten Zweck leistet (wenn es sich um einen Konverter oder einen Verbraucher handelt) oder welchen Anteil zur Installation von mechanischer Energie (oder Energie einer anderen Form, zum Beispiel Chemikalie oder Licht) wird darin in nützliche Energie (Arbeit) umgewandelt.

Der Wirkungsgrad ist also eine dimensionslose Größe, deren Wert immer kleiner als eins ist und die in Form eines Dezimalbruchs oder in Form einer Zahl (Prozentzahl) von 0% bis 100% geschrieben werden kann.

Heizungen

Elektrische Heizgeräte, bei denen die Energie des elektrischen Stroms direkt in Wärme umgewandelt wird, haben den höchsten Wirkungsgrad (nahezu 100%). In der Praxis ist dies die sogenannte Joule-Wärme, die nach dem Joule-Lenz-Gesetz an einem Heizelement (z. B. an einer Nichromspirale) abgegeben wird, wenn ein elektrischer Strom durch dieses fließt, und dies ist in diesem Fall eine nützliche Arbeit.

Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist ein Ölkühler. Wenn beispielsweise in einem Elektromotor oder in einem Transformator die Erwärmung der Wicklungen ein Nettoverlust ist, dann ist die Erwärmung in einem Ölkühler eine nützliche Arbeit, es gibt keine anderen (unrentablen) Verluste.

Siehe dieses Thema:

Moderne Heizelemente

Vorrichtung und Funktionsprinzip eines elektrischen Konvektors

Welcher Lufterhitzer ist besser: PETN oder Keramik

Induktionsmotoren

Bei asynchronen Elektromotoren überschreitet der Wirkungsgrad normalerweise 80-90% nicht. Die nützliche Arbeit hier ist die mechanische Arbeit, die von der Motorwelle ausgeführt wird.

Dem Motor wird vom Netzwerk ein Wechselstrom zugeführt, der durch die Statorwicklung fließt und im Magnetkreis (Stator) ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das ihn auf den Rotor einwirkt. In diesem Fall treten zwangsläufig Wirkleistungsverluste im Wicklungsdraht (Joule-Wärme) und im Magnetkreis (Wirbelströme, die den Stator und das Rotormetall erwärmen) auf.

Aus diesem Grund wird das Gehäuse des unter Last laufenden Motors immer erwärmt. Um Wärme abzuleiten, ist am Rotor des Motors ein Lüfterrad installiert, und an der Außenseite sind Kühlerlamellen angebracht, um eine bessere Kühlung zu gewährleisten. Dadurch werden Wärmeverluste abgeführt und die Motorleistung auf einem akzeptablen Niveau gehalten.

Der Motorwirkungsgrad ist auf dem Typenschild (Typenschild) angegeben. Lesen Sie hier mehr darüber: Eigenschaften von Induktionsmotoren

Elektromotoren mit höchstem Wirkungsgrad: Moderne Synchronstrahlmotoren

Informationen zu Elektromotoren in Haushaltsgeräten: Haushaltsmotoren und ihre Verwendung

LED

Bei der LED-Beleuchtung besteht die nützliche Arbeit darin, sichtbares Licht zu erzeugen. Der Wirkungsgrad solcher LEDs erreicht heute 35%, was bedeutet, dass 65% der ihr zugeführten elektrischen Energie immer noch in Form von Wärme verloren geht. Daher haben diese LEDs immer ein Metallsubstrat als Teil des Gehäuses, mit dem sie fest am Kühler befestigt sind, oder einfach massive Leitungen, um die notwendige Wärmeableitung bereitzustellen.

Mehr über LEDs:

Wie die LEDs angeordnet sind und funktionieren

Moderne LEDs - worauf Sie achten müssen

Solarbatterie

Betrachten Sie den Fall der Stromerzeugung aus Sonnenlicht mithilfe einer Solarzelle auf Siliziumbasis. Der Wirkungsgrad einer herkömmlichen Einkristall-Solarbatterie liegt im Bereich von 9 bis 24%. Dies bedeutet, dass je nach Anzahl der auf die Solarzelle einfallenden Photonen deren Wirkungsgrad mehr oder weniger hoch ist.

Auf die eine oder andere Weise führen nicht alle auf ein Element einfallenden Photonen zur Erzeugung eines elektrischen Stroms, sondern nur diejenigen, die die für dieses Element am besten geeignete Wellenlänge haben. Andere Photonen reflektieren einfach, führen zu Wärme oder stören sogar die Stromerzeugung. Wissenschaftler aus vielen Ländern der Welt forschen ständig auf der Suche nach Technologien zur Schaffung effizienterer Solarzellen.

Mehr dazu hier:

Wie sind Sonnenkollektoren angeordnet und funktionieren?

Solarmodule mit dem höchsten Wirkungsgrad

Perowskit-Sonnenkollektoren

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Stromquelle

Der Wirkungsgrad einer realen Stromquelle hängt stark vom Lastwiderstand bzw. vom Verhältnis zwischen dem Lastwiderstand R und dem Innenwiderstand der Stromquelle r ab.

Zum Beispiel für Alkalibatteriedas eine kleine Heizung speist, kann man sagen, dass die zugeführte chemische Energie in Wärme umgewandelt wird. Wenn der Lastwiderstand gleich dem Innenwiderstand der Stromquelle ist, beträgt der Wirkungsgrad 50%, und unter diesen Bedingungen liefert die Quelle die maximal mögliche Leistung, von der jedoch die Hälfte in der Quelle selbst abgeführt wird.

Und je größer der Lastwiderstand ist, desto höher ist der Wirkungsgrad der Quelle, da in diesem Fall mehr Leistung auf den Lastwiderstand fällt und weniger Leistung in der Quelle selbst abgeführt wird. Dies bedeutet, dass der beste Wirkungsgrad erzielt wird, wenn die Quelle fast "im Leerlauf" ist, dh wenn der Lastwiderstand viel größer als ihr Innenwiderstand ist.

Siehe auch über die Effizienz verschiedener Lampen: Arten von Lampen für die Beleuchtung zu Hause - welche sind besser und was ist der Unterschied