Peltier-Element

Hierbei handelt es sich um ein Bauelement, welches auf dem Peltier-Effekt basiert, der von Jean-Charles-Athanase Peltier entdeckt wurde. Wenn Strom durch eine Schleife fließt, die sich aus zwei verschiedenen leitenden Stoffen zusammensetzt, bildet sich an den beiden Verbindungsstellen ein Temperaturunterschied. Dies ist insbesondere an den PN-Übergängen von Halbleiterbauelementen der Fall.

Aufbau

Durch entsprechende Anordnung* dieser Schleifen lassen sich flache Bauelemente herstellen, die nach dem Anlegen einer Gleichspannung auf der einen Seite ihrer Umgebung Wärme entziehen und diese auf der anderen Seite wieder abgeben. Das äußert sich so, daß eine Seite heiß wird und die andere kalt. Bei Umpolung der Betriebspannung kehrt sich dieser Effekt um, d.h. durch einfaches Vertauschen der Betriebsspannung können diese Elemente zum Kühlen oder Heizen benutzt werden.

(*) thermisch parallel, elektrisch in Reihe

Praktische Anwendung

Praktisch kann das Umpolen durch Relais mit Umschaltkontakten oder eine H-Brücke erfolgen. Allerdings darf zur Leistungsregulierung von Peltierelementen keine PWM verwendet werden, weil das zusätzlich Wärme im Peltierelement erzeugt und somit den Wirkungsgrad erheblich verringert. Hier muss ein Schaltregler verwendet werden.

Typische Anwendungsfälle sind Autokühlboxen und Hochleistungskühler für PC-Prozessoren.

Thermogenerator - Wärme in Strom wandeln

Ein umgekehrter Effekt entsteht, wenn man Wärme einerseits und Kälte andererseits zuführt, es wird nämlich Strom erzeugt. Dadurch lässt sich "billige" elektrische Energie gewinnen, wenn man genug billige Wärme und eine Wärmesenke hat. Der Aufbau und auch die gewünschten Materialien sind praktisch identisch mit dem Peltierelement - man kann als auch ein Peltierelement als Thermogenerator nutzen. Die Spannung hängt von der Zahl der in Reihe geschalteten Thermopaare und der Temperaturdifferenz ab. In der Regel ist sie bei den üblichen Peltierelementen recht klein (Größenordnung 10 mV/K für 100 Elemente in Reihe).

Den verwandten Seebeck-Effekt macht man sich bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen zu nutze.