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Bei Peltier Elementen handelt es sich um Halbleiter-Elemente. Diese haben die Eigenschaften eines elektrothermischen Wandlers, deren Funktionsweise auf dem sogenannten Peltier-Effekt basiert. Die flachen Elemente kühlen auf einer Seite, während sie auf der anderen Seite Wärme abgeben. Aufgrund dieser Eigenschaft werden diese Halbleiter gern in Kühlsystemen verwendet.
Die Funktionsweise der Halbleiter
Weil es sich beim Peltier Element um einen thermodynamischen Energiewandler handelt, ist es möglich, damit Wärme in Strom und Strom in Wärme umzuwandeln. Das Funktionsprinzip dieses Bauteils basiert auf einer Entdeckung, die Thomas Johann Seebeck und Jean Peltier in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts gemacht hatten. Ersterer hatte 1821 eher zufällig entdeckt, dass die Spannung in einem aus zwei unterschiedlichen Metallen bestehenden Stromkreis dann entsteht, wenn an den Übergängen der Metalle unterschiedliche Temperaturen herrschen. Der Peltier Effekt hingegen besagt genau das Umgekehrte. Die beiden Effekte, die also in einem direkten Zusammenhang stehen, wurden anno 1836 von Jean Peltier beschrieben.
Wo wird das Peltier Element verwendet?
Weil die Energieeffizienz von Peltier Elementen ebenso wie der Leistungsgrad eher gering sind, werden Peltier Elemente meist in jenen Bereichen eingesetzt, in welchen ohne großen Aufwand gekühlt werden soll und die Energieeffizienz nur eine untergeordnete Rolle spielt. Typische Anwendungsgebiete sind Kühlboxen oder das Kühlen von Sensoren in digitalen Kameras oder von Lasern.
Die Kühlwirkung von Peltier Elementen
Die Kühlwirkung eines Peltier Elements ist umso größer, je geringer die Differenz der Temperaturen auf beiden Seiten des Elements ist. Steigt diese an, wird die Kühlwirkung geringer und im Extremfall ist es sogar möglich, dass sich der Wärmefluss umkehrt. Weil in den Kühlgeräten ein elektrischer Widerstand vorhanden ist, wird durch den Stromfluss auch Wärme erzeugt, was sich auf die Kühlleistung nachteilig auswirkt. Denn bei zu hohen Stromstärken sinkt die Wärmeleistung sogar. Die Herausforderung im Einsatz besteht also darin, die optimale Stromstärke zu finden, wenn bei einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die bestmögliche Kühlleistung erreicht werden soll.
Der Vorteil des Peltier Elements gegenüber einer Kompressionskältemaschine
Grundsätzlich kann das Peltier Element also durchaus als Kältemaschine betrachtet werden. Anders als bei einer Kompressionskältemaschine gibt es beim Peltier Element jedoch keine beweglichen Teile und auch keine Gase oder Flüssigkeiten. Ferner arbeitet dieses Element völlig lautlos und es gibt nahezu keinerlei Verschleißerscheinungen. Ein weiterer großer Vorteil des Peltier Elements besteht darin, dass es auch bei kleinen Leistungsbereichen von wenigen Watt eingesetzt werden kann. Hier wäre nämlich der Einsatz anderer Kühlgeräte in aller Regel völlig unwirtschaftlich. Zudem machen es die Peltier Elemente möglich, die Temperatur von Bauteilen auf einem Wert zu halten, der in etwa der Umgebungstemperatur entspricht.
