Standaard Peltier-elementen

De Franse wetenschappers Jean Peltier-publizierte 1834 een artikel over zijn elektrische experimenten met contactpunten van verschillende metalen. Als hij de twee uiteinden van een bismut-drahtes met koperen draden verband en deze op een batterij anschloss, om stroom te laten vloeien, presenteerde hij dat deze zich voor de contactpersoon verwarmd en de andere afkoelt . Bij omkeren van de stroom keert ook de verwarmings- en afkoeling effect van beide contacten om. De oorzaak van dit effect was eerst niet bekend. Pas nadat de wetmatigheden van de thermoelektronica ontdekt waren was er een verklaring. Het gaat om energetische compensatie processen vrije ladingdragers (elektronen, gaten) op de contactpunten die afhankelijk van het materiaal op verschillende energienieveaus bevinden. Voor de sprong naar een hoger energieneiveau onttrekt van ladingen de omgeving energie in de vorm van warmte. Bij een val op een lager niveau geeft van ladingen energie in de vorm van warmte af. Er ontstaat een stroom-afhankelijke temperatuurverschil .

Al 15 jaar eerder had de pruisische wetenschappers Johann Seebeck met een vergelijkbaar experiment ontdekt dat tussen de beide koperen draden een elektrische spanning ontstaat, als een van de beide contactpunten wordt verwarmd. Zowel de "Peltier-effect" als de "Seebeck-effect" , de bij thermo-elementen wordt gebruikt, zijn al lang bekend, lieten zich maar pas met de ontwikkeling van moderne technologieën praktisch gebruiken. Omdat Peltier-elementen en thermo-elementen vergelijkbaar opgebouwd zijn, kan met een Peltier-element ook een elektrische spanning produceren door het een zijde wordt verhit, de andere wordt afgekoeld .

Hoe moeten Peltier-elementen opgebouwd?

Moderne Peltier-elementen (afbeelding 1 en 2) bestaan uit contacten tussen koper en de halve geleidende legering bismuttellurit (Bi2te3) of siliziumgermanium (SiGe). Dit materiaal heeft de vorm van kleine kubus "Dices", de via koper bruggen met elkaar worden verbonden. Het geheel is op een aluminiumoxide keramisch substraat bevestigd. Ook de bovenkant wordt van een keramische schijf bedekt . De verschillende N- of P-pakket maakt de serieschakeling van een grote aantal van dergelijke elementen, zodat zich aan de beide zijden van de plaatsing van veel contact plaatsen bevinden, die bij elektrische stroom doorheen afkoelen of opwarmen. Aan de zijkant zijn de draden voor de stroomaansluiting naar buiten geleid. De N- en P-dotierten "Dices" zijn afwisselend met koperen bruggen verbonden . 

Dit Peltier-element van TRUE COMPONENTS heeft een koelvermogen van 106 W en is slechts 2,8 mm hoog.

Standaard Peltier-elementen zijn doorgaans in vierkante sandwich vorm (zie afb. 3) opgebouwd en worden in verschillende afmetingen van enkele centimeters kantlengte gemaakt. De bedrijfsspanning hangt af van de hoeveelheid van de dices af en ligt tussen enkele en enkele tien volt .

Het koelvermogen, de Peltier-elementen kunnen produceren, liggen op het gebied van enkele watt tot ongeveer 100 Watt .

De maximaal bereikbare temperatuurverschil tussen warme en koude van de Peltier-element bedraagt ongeveer 70 K.