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Funktionsprinzip Peltier

Peltier Kühlsystem oder auch thermoelektrisches Kühlsystem.
Der Peltier-Effekt, nach dem frz. Physiker J.C.A. Peltier (* 1785 , + 1845 ) benannter thermoelektrischer Effekt:
Im Jahr 1834 beobachtete Peltier, das die von Gleichstrom durchflossene Berührungsstelle zweier unterschiedlicher Metalle sich je nach Richtung des Stromes entweder erwärmt oder abkühlt. Vor allem die letztgenannte Erscheinung ist recht bemerkenswert, denn auf elektrischem Weg Wärme zu erzeugen, war damals schon hinreichend bekannt, dass man jedoch auch einem Körper Wärme entziehen kann, war grundsätzlich neu. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die mit Gleichstrom erzielbare Temperatur eine Materialfrage ist. Lange Zeit galt eine Werkstoffpaarung Wismut-Antimon als diejenige Kombination, welche bei einem gegebenen Strom den weitaus grössten Effekt zeigt. Dennoch war auch die hiermit erzielbare Temperaturerniedrigung so gering, dass an eine praktische Nutzung des Peltier-Effektes lange Zeit überhaupt nicht gedacht werden konnte. Seine Nutzung konnte erst vor etwa 40 Jahren durch die Entwicklung geeigneter Halbleiterwerkstoffe und eine befriedigende Lösung des Kontaktierungsproblems ermöglicht werden.
Ein Peltier-Element, wie der thermoelektrisch Grundstein auch genannt wird, besteht aus zwei Halbleiterschenkeln, von denen der eine N- leitend und der andere P- leitend ist. Diese beiden Schenkel sind an der Stirnseite durch Kupferbrücken miteinander verbunden. Dabei hat der Übergang vom Halbleitermaterial zum Metall eine aussergewöhnliche Bedeutung für die Funktion der gesamten Anordnung. Er muss nämlich die Bedingungen eines möglichst kleinen elektrischen sowie thermischen Widerstands erfüllen.
Peltier-Elemente werden dann eingesetzt, wenn unter räumlich beengten Verhältnissen bei geringer Leistung geheizt oder gekühlt werden soll.
Hinzu kommt, dass er gegenüber Temperatur-Wechselbeanspruchungen beständig, sowie in gewissen Massen auch druck- und zugsfest sein muss. Damit die Eigenschaften der verwendeten Halbleiter sich nicht im ungünstigen Sinn verändert, ist bei der Kontaktierung besonders darauf zu achten, dass während der Montage und auch später eine möglichst geringe Diffusion des Kontaktmaterials in die Halbleiterschenkel erfolgt.

Peltier-Elemente sind thermoelektrische Bauelemente, welche sowohl als Wärmepumpen als auch als Generatoren eingesetzt werden können.
Die Peltiertechnik konkurriert mit den herkömmlichen Kompressor- und Absorber-Kühlsystemen. Wenn man nur die Kosten in €/Watt Kälteleistung dieser Kühlsysteme vergleicht, so kommt man zu dem Ergebnis, daß Peltier-Elemente deutlich teurer sind. Aber die Vorzüge der Peltiertechnik dürfen dabei nicht übersehen werden. Bei Anwendungen, die nur geringe Kälteleistungen erfordern, benötigen Peltier-Elemente wesentlich weniger Platz. Sehr praktisch ist auch die Eigenschaft, daß Peltier-Elemente durch regeln des Betriebsstromes sehr genau auf die erforderlichen Temperaturen eingestellt werden können. Durch einfaches Umpolen der Stromrichtung lassen sich Peltier-Elemente auch zum Heizen verwenden.

Beschreibung

Das Element besteht aus zwei keramischen Seiten. Durch Anlegen von Strom ist es möglich, eine Temperaturdifferenz von
ca. 60°C zwischen den beiden Seiten zu erhalten. Das Problem ist, dass sich nicht die kalte Seite um 60°C zur Raumtemperatur abkühlt, sondern sich die heiße Seite erhitzt. Will man nun die kalte Seite zum Kühlen einsetzen, muß die heiße Seite zur Erziehlung einer brauchbaren Kälteleistung entsprechend gut gekühlt werden.