Peltierelementtejä

Peltierelementti, eli termoelektrinen moduuli, on laite, joka koostuu useista n- ja p-tyypin puolijohdeelementeistä. Elementit on kytketty sarjaan ja usein rinnakkain, jotta saadaan haluttu lämpökapasiteetti ja jännite. Kun sähkövirta kulkee, Peltier-efekti siirtää lämpöä liitoskohdien yli: kylmä puolisko ottaa lämpöä vastaan ja kuuma puolisko luovuttaa sitä. Virran suunnan muuttaminen muuttaa toimintaa siten, että laite voi toimia sekä jäähdyttimenä että lämmittimenä.

Yleisimmät materiaalit ovat p- ja n-tyypin puolijohteita, kuten Bi2Te3 sekä niiden seokset. Moduuli koostuu sadoista tai tuhansista thermoelementeistä, jotka on kytketty sarjaan ja rinnakkain oikean tehon ja lämpötilan hallitsemiseksi. Kylmä puoli liitetään kohteeseen, jonka lämpötilaa halutaan alentaa, ja kuuma puoli liitetään jäähdytykseen tai lämmönlevyyn. Eristyksellä ja asianmukaisella lämmönhallinnalla minimoidaan lämpövuoto sekä ulos että sisään.

Tehokkuutta mitataan COP-arvolla (kylmä COP) tai kokonaistehokkuudella. Tyypillisesti COP on noin 0,5–2, riippuen lämpötilagradienta ja materiaalien ominaisuuksista. Verrattuna höyrystinpohjaisiin jäähdytysjärjestelmiin peltierelementit ovat yleensä vähemmän energiatehokkaita, mutta niillä ei ole liikkuvia osia, ne ovat hiljaisia ja kompakteja, ja ne soveltuvat tilanteisiin, joissa vakaus ja luotettavuus sekä tarkan lämpötilan hallinta ovat tärkeitä.

Käyttökohteita ovat elektroniikan jäähdytys (CPU- ja sensori-/kuvantamislaitteet), pienet jäähdytys- ja lämpötilansäätöjärjestelmät sekä laboratoriotutkimukset. Niitä käytetään myös avaruus- ja sotilasjärjestelmissä, joissa paino, koko ja luotettavuus ovat ratkaisevia. Peltierelementit tarjoavat lämpötilan hallintaa ilman liikkuvia osia, mutta ne vaativat hyvän jäähdytyksen kuumalle puolelle.