Peltier-elementet er en termoelektrisk konverter , hvis princip er baseret på Peltier-effekten - forekomsten af en temperaturforskel, når en elektrisk strøm løber. I den engelske litteratur betegnes Peltier-elementer TEC (fra engelsk. T hermo e lectric Cooler - thermoelectric cooler).
Den omvendte effekt af Peltier-effekten kaldes Seebeck-effekten .
Funktionen af Peltier-elementer er baseret på kontakten mellem to halvledermaterialer med forskellige niveauer af elektronenergi i ledningsbåndet. Når der strømmer strøm gennem kontakten af sådanne materialer, skal elektronen erhverve energi for at bevæge sig til et højere-energi ledningsbånd af en anden halvleder. Når denne energi absorberes, afkøles halvledernes kontaktpunkt. Når strømmen løber i den modsatte retning, opvarmes halvledernes kontaktpunkt ud over den sædvanlige termiske effekt.
Når metaller kommer i kontakt , er Peltier-effekten så lille, at den er usynlig på baggrund af ohmske opvarmnings- og varmeledningsfænomener. Derfor bruges kontakten mellem to halvledere i praktiske applikationer.
Peltier-elementet består af et eller flere par små halvlederparallellepipeder - en n-type og en p-type i et par (normalt vismuttellurid Bi 2 Te 3 og SiGe solid solution ), som er forbundet i par ved hjælp af metaljumpere . Metal jumpere fungerer samtidig som termiske kontakter og er isoleret med en ikke-ledende film eller keramisk plade. Par af parallelepipeder er forbundet på en sådan måde, at der dannes en seriel forbindelse af mange par af halvledere med forskellige typer ledningsevne, således at der øverst er en sekvens af forbindelser (n->p), og i bunden - modsat (p->n). Elektrisk strøm løber sekventielt gennem alle parallelepipederne. Afhængigt af strømmens retning afkøles de øverste kontakter og de nederste kontakter opvarmes eller omvendt. Den elektriske strøm overfører således varme fra den ene side af Peltier-elementet til den modsatte side og skaber en temperaturforskel.
Hvis du køler varmesiden af Peltier-elementet, for eksempel med en radiator og en ventilator , så bliver temperaturen på den kolde side endnu lavere. I enkelttrinsceller kan temperaturforskellen afhængig af celletype og strømmens størrelse være op til cirka 70 °C.
Fordelen ved Peltier-elementet er dets lille størrelse, fraværet af bevægelige dele samt gasser og væsker. Når strømretningen vendes, er både køling og opvarmning mulig - dette gør det muligt at temperaturregulere ved en omgivelsestemperatur både over og under temperaturreguleringstemperaturen . En anden fordel er manglen på støj.
Ulempen ved Peltier-elementet er en lavere effektivitet end freon-kompressor-køleenheder, hvilket fører til et stort strømforbrug for at opnå en mærkbar temperaturforskel. På trods af dette er udviklingen i gang for at øge den termiske effektivitet, og Peltier-elementer er meget udbredt inden for teknologi, da temperaturer under 0 °C kan realiseres uden yderligere enheder.
Hovedproblemet i konstruktionen af Peltier-elementer med høj effektivitet er, at frie elektroner i et stof både er bærere af både elektrisk strøm og varme. Materialet til Peltier-elementet skal samtidigt have to gensidigt udelukkende egenskaber - det er godt at lede elektrisk strøm, men det er dårligt at lede varme.
I batterier af Peltier-elementer [1] er det muligt at opnå en større temperaturforskel, men kølekapaciteten vil være lavere. For at stabilisere temperaturen er det bedre at bruge en skiftende strømforsyning, da dette vil øge systemets effektivitet. Samtidig er det ønskeligt at udjævne strømbølger - dette vil øge elementets effektivitet og muligvis forlænge dets levetid. Desuden vil driften af Peltier-elementet være ineffektiv, hvis du forsøger at stabilisere temperaturen ved hjælp af pulsbreddemodulation af strømmen.
Peltier-elementer bruges i situationer, hvor køling med en lille temperaturforskel er påkrævet, eller hvor energieffektiviteten af køleren ikke er vigtig. For eksempel bruges Peltier-elementer i PCR-forstærkere , køleskabe til små biler , kølede banketvogne, der bruges i catering, da brugen af en kompressorkøleenhed i dette tilfælde er umulig eller upraktisk på grund af overordnede begrænsninger og derudover den nødvendige køling kapaciteten er lille.
Derudover bruges Peltier -elementer til at køle ladekoblede enheder i digitale kameraer. På grund af dette opnås en mærkbar reduktion af termisk støj under lange eksponeringer (for eksempel ved astrofotografering). Flertrins Peltier-elementer bruges til at afkøle strålingsmodtagere i infrarøde sensorer (for eksempel i luftforsvarsmissiler, MANPADS "Javelin", "Stinger" af amerikansk produktion osv.).
Peltier-elementer bruges også ofte til afkøling og temperaturstyring af diodelasere for at stabilisere emitterens temperatur og på grund af strålingens bølgelængde .
I apparater, hvor køleeffekten er lav, bruges Peltier-elementer ofte som andet eller tredje køletrin. Dette gør det muligt at opnå temperaturer 30-40 grader lavere end med konventionelle kompressionskølere (op til -80 °C for et-trins køleskabe og op til -120 °C for to-trins).
Nogle entusiaster bruger Peltier-modulet til at køle deres processorer, når de har brug for ekstrem nitrogenfri køling. [2] [3] Før nitrogenkøling blev denne metode brugt.
" Peltier power generator" (mere korrekt ville det være "Seebeck generator", men det unøjagtige navn har afgjort) - et modul til at generere elektricitet, et termoelektrisk generatormodul, forkortelse GM, TGM. Denne termogenerator består af to hoveddele:
Peltier-kølere er også blevet brugt i køleanordninger til elektriske DC-skabe og andet DC-udstyr, samt til køleudstyr, hvor kompakte overordnede dimensioner, immunitet mod pladsorientering og manglende behov for vedligeholdelse er af afgørende betydning.