Vorteile und Grenzen des thermoelektrischen Moduls
Der Peltier-Effekt entsteht, wenn ein elektrischer Strom durch zwei unterschiedliche Leiter fließt. Dabei wird an einem Übergang Wärme aufgenommen und am anderen abgegeben. Das ist das Grundprinzip. In einem thermoelektrischen Kühlmodul (auch Peltier-Element oder Peltier-Kühler genannt) bestehen diese Module aus Halbleitermaterialien, üblicherweise n- und p-dotiert, die elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet sind. Beim Anlegen eines Gleichstroms kühlt sich eine Seite ab, die andere erwärmt sich. Die kalte Seite dient der Kühlung, die warme Seite muss abgeführt werden, beispielsweise mit einem Kühlkörper oder Lüfter.
Aufgrund seiner Vorteile wie dem Verzicht auf bewegliche Teile, der kompakten Bauweise, der präzisen Temperaturregelung und der Zuverlässigkeit. In Anwendungen, bei denen diese Faktoren wichtiger sind als die Energieeffizienz, wie beispielsweise bei kleinen Kühlern, der Kühlung elektronischer Bauteile oder wissenschaftlichen Instrumenten.
Ein typisches thermoelektrisches Modul (TEM), auch Peltier-Element oder TEC-Modul genannt, besteht aus mehreren Paaren von n- und p-dotierten Halbleitern, die zwischen zwei Keramikplatten eingebettet sind. Die Keramikplatten dienen der elektrischen Isolation und Wärmeleitung. Beim Stromfluss wandern Elektronen von den n-dotierten zu den p-dotierten Bereichen, nehmen dabei auf der kalten Seite Wärme auf und geben sie auf der warmen Seite ab. Jedes Halbleiterpaar trägt zum gesamten Kühleffekt bei. Mehr Paare bedeuten eine höhere Kühlleistung, aber auch einen höheren Stromverbrauch und eine größere abzuführende Wärmemenge.
Wird das thermoelektrische Kühlmodul (Peltier-Element) nicht ausreichend gekühlt, sinkt seine Effizienz und es kann sogar zu Funktionsstörungen oder Beschädigungen kommen. Daher ist eine adäquate Wärmeableitung entscheidend. Bei Anwendungen mit höherer Leistung kann der Einsatz eines Lüfters oder eines Flüssigkeitskühlsystems sinnvoll sein.
Die maximal erreichbare Temperaturdifferenz, die Kühlleistung (wie viel Wärme abgeführt werden kann), die Eingangsspannung und der Eingangsstrom sowie der Leistungsbeiwert (COP) sind wichtige Kenngrößen. Der COP ist das Verhältnis von Kühlleistung zu elektrischer Eingangsleistung. Da thermoelektrische Kühlmodule (auch TEC-Module, Peltier-Elemente und andere thermoelektrische Kühler genannt) nicht sehr effizient sind, ist ihr COP üblicherweise niedriger als der von herkömmlichen Dampfkompressionskühlsystemen.
Die Stromrichtung bestimmt, welche Seite kalt wird. Durch Umkehrung der Stromrichtung werden die warme und die kalte Seite vertauscht, wodurch sowohl Kühl- als auch Heizbetrieb möglich sind. Dies ist nützlich für Anwendungen, die eine Temperaturstabilisierung erfordern.
Thermoelektrische Kühlmodule, auch Peltier-Elemente genannt, weisen eine geringe Effizienz und begrenzte Kapazität auf, insbesondere bei großen Temperaturdifferenzen. Sie arbeiten am besten bei geringen Temperaturdifferenzen innerhalb des Moduls. Bei größeren Temperaturdifferenzen sinkt die Leistung. Zudem reagieren sie empfindlich auf die Umgebungstemperatur und die Kühlleistung der warmen Seite.
Vorteile des thermoelektrischen Kühlmoduls:
Festkörperbauweise: Keine beweglichen Teile, was zu hoher Zuverlässigkeit und geringem Wartungsaufwand führt.
Kompakt und leise: Ideal für Anwendungen im kleinen Maßstab und Umgebungen, die einen minimalen Geräuschpegel erfordern.
Präzise Temperaturregelung: Durch Anpassen des Stroms lässt sich die Kühlleistung feinjustieren; durch Umkehren des Stroms werden Heiz- und Kühlmodus umgeschaltet.
Umweltfreundlich: Keine Kältemittel, dadurch geringere Umweltbelastung.
Einschränkungen des thermoelektrischen Moduls:
Geringere Effizienz: Der Leistungskoeffizient (COP) ist typischerweise niedriger als bei Dampfkompressionssystemen, insbesondere bei großen Temperaturgradienten.
Herausforderungen bei der Wärmeableitung: Erfordert ein effektives Wärmemanagement, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Kosten und Kapazität: Höhere Kosten pro Kühleinheit und begrenzte Kapazität für großflächige Anwendungen.
Thermoelektrisches Modul der Beijing Huimao Cooling Equipment Co.,Ltd
TES1-031025T125 Spezifikation
Imax: 2,5A，
Umax: 3,66 V
Qmax: 5,4 W
Delta T max: 67 °C
ACR: 1,2 ±0,1 Ω
Größe: 10 x 10 x 2,5 mm
Betriebstemperaturbereich: -50 bis 80 °C
Keramikplatte: 96 % Al2O3, weiß
Thermoelektrisches Material: Bismuttellurid
Mit 704 RTV abgedichtet
Draht: 24AWG-Draht, Hochtemperaturbeständigkeit 80℃
Drahtlänge: 100, 150 oder 200 mm je nach Kundenwunsch
Thermoelektrisches Kühlmodul der Beijing Huimao Cooling Equipment Co.,Ltd
TES1-11709T125 Spezifikation
Die Temperatur auf der heißen Seite beträgt 30 °C.
Imax: 9A
，
Umax: 13,8 V
Qmax: 74 W
Delta T max: 67 °C
Abmessungen: 48,5 x 36,5 x 3,3 mm, Mittelloch: 30 x 17,8 mm
Keramikplatte: 96%Al2O3
Versiegelt: Versiegelt mit 704 RTV (weiße Farbe)
Draht: 22AWG PVC, Temperaturbeständigkeit 80℃.
Kabellänge: 150 mm oder 250 mm
Thermoelektrisches Material: Bismuttellurid
Veröffentlichungsdatum: 05.03.2025
