Princip Peltierova jevu (aktivní chlazení)

Když prochází elektrický proud spojem dvou různých polovodičových materiálů (typicky N‑typ a P‑typ), dochází k tomu, že:

1. elektrony (v N‑typu) a díry (v P‑typu) přenášejí energii,
2. při přechodu přes spoj absorbují teplo → vzniká studená strana,
3. na opačném spoji uvolňují teplo → vzniká teplá strana.

Tento jev je reverzní k Seebeckovu jevu (kdy rozdíl teplot vytváří napětí).

Jak je Peltierův článek TEC1‑12715 konstruován uvnitř článku je:

Několik desítek až stovek P‑N polovodičových párů, zapojených elektricky do série (kvůli vyššímu napětí), ale tepelně paralelně (aby se teplo přenášelo přes celou plochu), vše je uzavřeno mezi dvě keramické destičky (obvykle Al₂O₃).

Typické rozměry: 40 × 40 mm, tloušťka cca 3–4 mm.

Co se děje při provozu po připojení proudu:

Jedna strana se začne ochlazovat (odebírá teplo z okolí).

Druhá se začne zahřívat (musí odvést teplo ven).

Teplá strana musí být aktivně chlazena (chladič + ventilátor), jinak:

1. klesá účinnost,
2. roste teplota obou stran,
3. článek se může přehřát a zničit.

Účinnost a výkon Peltierovy články mají nízkou účinnost – typicky:

Poměr příkon / chladicí výkon je 1,5 až 2,5 při malém ΔT, při větším rozdílu teplot účinnost dále klesá.

Typické parametry TEC1‑12715:

1. maximální proud: 15 A
2. napětí: 12–15 V
3. chladicí výkon: cca 136 W (při ΔT ≈ 0 °C)
4. maximální ΔT: 60–70 °C

Reverzní provoz – výroba elektřiny (TEG) pokud se článek nezatěžuje proudem, ale místo toho se:

1. jedna strana zahřívá,
2. druhá chladí,

vzniká Seebeckův jev → článek generuje napětí.

Typické hodnoty:

1. napětí: 0,1–1 V na článek (záleží na ΔT),
2. vnitřní odpor je nízký → je potřeba DC‑DC měnič,
3. účinnost je opět nízká, ale pro malé TEG aplikace použitelná.

Co znamená „zkrat“ u Peltierova článku pokud se článek zkratuje, chová se jako:

1. nízkoohmový polovodičový blok,
2. který se začne rychle zahřívat,
3. protože proud není omezen.

Zkrat tedy:

1. napětí: 0,1–1 V na článek (záleží na ΔT),
2. vnitřní odpor je nízký → je potřeba DC‑DC měnič,
3. účinnost je opět nízká, ale pro malé TEG aplikace použitelná.
4. nevyvolá chlazení, protože není řízený proud, může článek trvale poškodit.

Shrnutí

Peltierův článek:

1. přenáší teplo pomocí elektrického proudu (Peltierův jev),
2. může fungovat i opačně jako generátor (Seebeckův jev),
3. má nízkou účinnost a vyžaduje dobré chlazení teplé strany,
4. je jednoduchý, kompaktní a bez pohyblivých částí.

Pokud chcete, můžu vám také:

1. navrhnout praktické zapojení TEC1‑12715,
2. spočítat potřebný chladič,
3. nebo vysvětlit jak z něj udělat TEG generátor.