Kenlinie Peltierelement

Manfred schrieb:
> Die IV-Kennlinie ist nicht linear

Richtig, daher sollte man Peltier nicht an höherer Spannung betreiben 
als angegeben.
Und PWM reduziert zwar die Kühlleistung aber mit linear abgesdnkter 
Spannung wäre der Wirkungsgrad besser.

Manfred schrieb:
> Könnte ich demnach auch höhere Spannungen (z.B. 60V anstelle von 15V)
> anlegen und über einen J-FET nur den Strom begrenzen?

wenn du den Strom begrenzt, dann liegt ja gar keine höhere Spannung an.

Also ich möchte keine Ströme erzeugen, sondern eine Aluminiumplatte auf 
-15°C abkühlen.
Hintergrund ist das Netzteil - also: Habe schon einen Aufbau mit 4 
Peltierelementen und Wasserkühlung für die warme Seite - das klappt auch 
alles. Jedes Element hat 127W (127Wx4=508W, bei 15V macht das 34A). Ich 
wollte einfach den technischen Aufwand reduzieren, indem ich z.B. 60V 
anlege, und dafür bei gleicher Leistung eben nur noch ein Netzteil mit 
9A brauche.
((Unterschwellig wollte ich eigentlich direkt an Netzspannung, aber die 
Diskussion über Sicherheit wollte ich hier nicht eröffnen. Ich studiere 
Physik - denke ich habe den Menschenverstand damit sachgemäß umzugehen. 
Wir arbeiten im Labor tagtäglich mit hohen Spannungen. - Das hier ist 
aber ein privater Aufbau.))
Kurzum: Ich wollte eine möglichst hohe Spannung an die Elemente anlegen, 
um den Strom handhabbar zu gestalten. Dann wollte ich den Strom mit 
einer Stromdiode oder einem FET mit Regelung begrenzen, dass eben dann 
wieder die 508W raus kommen. Meinetwegen auch mit PWM, dass dann 
entsprechend im zeitlichen Mittel die maximale Leistung den Elementen 
zugemutet wird.
Das klingt irgendwie naiv, aber mir konnte niemand richtig sagen wie 
sich die Peltierelemente überhaupt bei diesem Abenteuer verhalten 
würden.

Bis hierhin haben mir die Antworten aber schon sehr geholfen
@lkmiller: der Link war super

Lieben dank und viele Grüße,
Manfred

Du kanns zur Leistungsregelung / Anpassung durchaus PWM verwenden, aber 
nur mit nachgeschalteter Drossel glättest Du den Strom und vermeidest 
die hohe Verlustleistung (P = R *I²), die durch reine PWM-Ansteuerung (= 
ohne Drossel) entstehen würde.
Das gilt übrigens genauso für die Helligkeitsregelung von LEDs.

Am Peltierelement hat man zwar P und N Halbleiter, aber die Kontakte 
sind Indirekt über ein Metall dazwischen und verhalten sich wie Ohmsche 
Kontake. In guter Näherung ist die Strom-Spannungskennlinie linear, mit 
einem kleinen Offset durch die Thermospannung entsprechend der 
Temperaturdifferenz.

Die Thermische Kennlinie, also die Kühlleistung als Funktion des Stromes 
ist allerdings nichtlinier: Da erhält man ein Maximum der Kühlleistung 
etwa beim Nennstrom des Elements, etwa in der Form einer Parabel. Mehr 
Strom bringt also nicht mehr, sondern weniger Kühlung. Der Peltiereffekt 
an sich ist zwar linear im Strom, aber es gibt dazu Verluste am Ohmschen 
Widerstand, und die steigen quadratisch.

Die 4 Elemente könnte man für mehr Spannung und weniger Strom in Reihe 
Schalten, wenn es mit dem gleichen Strom passt.

Ulrich schrieb:
> Mehr
> Strom bringt also nicht mehr, sondern weniger Kühlung.

Hihi, na so kann man's auch sehen. Mehr Spannung = mehr Strom läßt die 
warme Seite lustig noch viel (!!!) mehr warm werden und deshalb wird aus 
dem Teil dann ein Heizhaus. Ich hätte da nen (nicht ganz ernst 
gemeinten) Tip: nen fetten Kühlkörper aus Diamant.

Also, ein Peltierelement ist erstmal eine Wärmepumpe und kein 
"Kälteerzeugungsgerät". Parallel zu dieser Wärmepumpe liegt die 
Wärmeleitfähigkeit des Peltierelementes, die wahrlich nicht unerheblich 
ist.
Obendrein ist so ein Ding wärmeempfindlich. Wenn die warme Seite wärmer 
wird als ca. 73..78°C, dann schmilzt in diesen Dingern intern was auf 
und das Teil geht kaputt. Wieviel Strom so ein handelsübliches 
Peltierelement bei welcher Spannung zieht, ist etwas von der 
Temperaturdifferenz zwischen beiden Seiten abhängig.

Als Elektriker stellt man sich das etwa so vor: eine (thermisch oder 
sonstwie angetriebene) Stromquelle, die mit einem niederohmigen 
Widerstand überbrückt ist. Die Plusseite darf nicht höher als 73..78 
'BogoVolt' kommen, wir leben bei so etwa 20..23 'Bogovolt' und Wasser 
gefriert bei 0 'Bogovolt'. Wenn wir diese (Wärme-)Stromquelle nicht noch 
mit einem zusätzlichen Widerstand parallel zu seinem eigenen belasten, 
dann stellt sich dabei die höchstmögliche Spannung 
(=Temperaturdifferenz) ein. Mit jeder Belastung sinkt diese natürlich. 
Wenn wir also theoretisch das Element im Kurzschluß, also mit NULL 
'Bogovolt' betreiben (also beide Seiten gleich warm sind), dann gibt es 
seinen maximalen (Wärme-)Strom an die Last ab - die Verlustleistung wird 
aber nicht null, weil es nicht nur mit seinem Verlustwiderstand 
überbrückt ist, sondern auch noch ein zweiter in Reihe liegt...

nebenbei:
"Jedes Element hat 127W (127Wx4=508W, bei 15V macht das 34A)." Das ist 
Stuss. Eher gilt: Jedes Element verträgt allerhöchstens 127 Watt 
Gesamtleistung, vorausgesetzt die warme Seite bleibt dabei unter 73°C - 
und das will was heißen!

Also: -15°C sind machbar, aber erwarte bitte keine nennenswerte 
Kälteleistung. Die 500 Watt Verlustleistung bleiben dir aber.

W.S.

ahh... - ok - danke für die antworten.
hat mir alles echt geholfen.

lg Manfred

>
> Also, ein Peltierelement ist erstmal eine Wärmepumpe und kein
> "Kälteerzeugungsgerät".

mmmh...da stellt sich mir die frage... gibt es eine kältemaschine? sind 
es nicht immer wärmepumpen?