Peltier-Zelle: Alles über dieses Element

Peltierzelle

Sie brauchen wahrscheinlich Kühlen Sie etwas in Ihren DIY-Projekten. Dazu benötigen Sie eine Peltier-Zelle. Dieses auf thermoelektrischen Effekten basierende Halbleiterbauelement ermöglicht eine sehr schnelle Abkühlung. Sie können es in einigen kaufen Geschäfte wie Amazonoder entfernen Sie es einfach von einem beschädigten Gerät, wo es sich befindet. Die Geräte, von denen Sie eines bekommen können, sind die typischen Kaltwasserspender und einige Luftentfeuchter ohne Kompressor.

Diese Art von Peltier-Zellen wird in verschiedenen Bereichen der Industrie häufig für die Kühlung verwendet. Der Grund ist, dass es viele hat Vorteile gegenüber anderen herkömmlichen Kühlsystemen. In den beiden oben genannten Beispielen dient der Wasserspender beispielsweise dazu, den Wassertank so zu kühlen, dass er frisch bleibt, während er im Luftentfeuchter die einströmende Luft kühlt, sodass Feuchtigkeit kondensiert und in den Wassertank tropft Kondensationstank ...

Thermoelektrische Effekte

Die thermoelektrische Effekte sind solche, die eine Temperaturdifferenz in elektrische Spannung umwandeln oder umgekehrt. Dies wird unter Verwendung von Thermoelementen oder sehr spezifischen Arten von Materialien, üblicherweise Halbleitern, erreicht. In diesen erzeugen die Temperaturgradienten Ladungsträger im Material, entweder Elektronen (-) oder Löcher (+).

Dieser Effekt kann verwendet werden, um Vielzahl von Anwendungen, vom Heizen, Kühlen, Messen von Temperaturen, Erzeugen von Elektrizität usw. Und das liegt an den verschiedenen Effekten, die innerhalb der sogenannten thermoelektrischen Effekte bestehen. Einige von ihnen sind:

  • Seebek-Effekt: beobachtet von Thomas Seebek, ist es ein Phänomen, bei dem Thermoelemente, auf die eine Temperaturdifferenz angewendet wird, Elektrizität erzeugen. Es wurde entdeckt, als beobachtet wurde, dass zwei Metalle, die durch eines ihrer Enden verbunden waren, eine Temperaturdifferenz angelegt wurden und dass sie an ihren getrennten Enden eine Potentialdifferenz erzeugten. Damit könnte es möglich sein, die von einer Quelle erzeugte Wärme zu nutzen, um sie in Elektrizität umzuwandeln.
  • Thomson-Effekt: beschreibt das Heizen oder Kühlen eines stromführenden Leiters mit einem Temperaturgradienten. Es wurde von Williams Thomson oder Lord Kelvin beschrieben.

Im Allgemeinen sind die Seebek-, Thomson- und Peltier-Effekte kann reversibel seinDies ist jedoch bei der Joule'schen Erwärmung nicht der Fall.

Peltier-Effekt

Peltier-Effekt

El Peltier-Effekt Es ist ähnlich und darauf basieren die Zellen, die wir in diesem Artikel diskutieren. Mit dieser Eigenschaft von Jean Peltier im Jahr 1834 entdeckt und ähnlich der Seebek. Dies geschieht, wenn eine elektrische Spannung einen Temperaturunterschied zwischen zwei verschiedenen Materialien oder Thermoelementen verursacht. Bei aktuellen Bauelementen handelt es sich um Halbleiter, es können jedoch auch Metalle sein, die als Peltier-Übergänge bekannt sind.

Das heißt, wenn diese Geräte mit elektrischer Ladung beaufschlagt werden, Eine Seite wird heiß und die andere Seite wird abkühlen. Dies liegt daran, dass Elektronen von einem Bereich mit hoher Dichte zu einem Bereich mit niedriger Dichte wandern, sich auf die gleiche Weise ausdehnen wie ein ideales Gas und daher diesen Bereich kühlen.

Ein einstufiger TEC kann übrigens a erzeugen Temperaturunterschied zwischen seinen Teilen von bis zu 70ºC. Wenn Sie also den heißen Teil gekühlt halten, hat diese TEC- oder Peltier-Zelle umso mehr Kühlleistung. Diese absorbierte Wärme ist proportional zum bereitgestellten Strom und zur Zeit.

Vor- und Nachteile von TEC

Wie jedes System hat auch die TEC- oder Peltier-Zelle ihre Vor- und Nachteile. Aus diesem Grund bevorzugen einige Kühlsysteme immer noch andere konventionelle Methoden. Zwischen die vorteile sind:

  • Es hat keine beweglichen Teile, erfordert also keine Wartung und ist zuverlässiger.
  • Verwendet keine Kompressoren kein umweltschädliches FCKW-Gas.
  • Es kann Kontrollieren Sie die Temperatur einfach und sehr genaubis zu Bruchteilen eines Grades durch Variation des angelegten Stroms.
  • Kleine Größe, obwohl sie mit hergestellt werden können verschiedene tamaños.
  • Es hat eine Langlebigkeit von bis zu 100.000 Stunden im Vergleich zu dem, was einige mechanische Kühlschränke bieten.

Die Nachteile der Verwendung eines TEC sind:

  • Sie können nur eine begrenzte Menge zerstreuen Wärmefluss.
  • Nicht effizient energetisch gesehen im Vergleich zu Gaskompressionssystemen. Neue Fortschritte machen es jedoch immer effizienter.

Ortschaften

Eine Peltierplatte wie TEC1 12706 Es kann bei ein paar Euro festgesetzt werden, ist also sehr billig. Diese Platine hat Abmessungen von 40x40x3mm und enthält 127 Halbleiterpaare im Inneren. Die elektrische Leistung beträgt 60 W und die Nennversorgungsspannung 12 V und der Nennstrom 5 A.

Mit ihr kannst du erzeugen maximale Temperaturunterschiede zwischen ihren Flächen von 65ºC, was ziemlich gut ist. Es kann zwischen -55 ° C und 83 ° C arbeiten, ohne sich selbst zu beschädigen. Wenn Sie sich also außerhalb dieser Werte bewegen, besteht die Gefahr, dass Sie unbrauchbar werden. Wenn Sie die Werte darin halten, können Sie sogar 200.000 Stunden perfekt arbeiten, das heißt viele Jahre ...

Die Effizienz dieses Modells ist ungefähr 12-15w Wärme entzogenDies ist ein Wirkungsgrad von etwa 20 oder 25%, wenn man bedenkt, dass er etwa 60 W verbraucht. Auf jeden Fall muss man bedenken, dass dieser Wert auch stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird.

Wenn Sie es vorziehen, anstatt nur die TEC- oder Peltier-Zelle zu kaufen, können Sie auch bei kaufen Keine Produkte gefunden das komplette Kühlsystem.

Peltier-Zellanwendung

Kühlschrank mit Peltier

Nun, eine Peltier-Zelle kann hauptsächlich zum Kühlen verwendet werden. Zum Beispiel könnten Sie Wasser oder eine andere Flüssigkeit damit kühlen oder Ihren eigenen hausgemachten Luftentfeuchter herstellen. Was auch immer es ist, seine Einrichtung ist sehr einfach. Sobald Sie die Zelle erworben oder erhalten haben, müssen Sie nur noch Gleichstrom über die vorhandenen positiven und negativen Kabel anlegen. Auf diese Weise wird eine Seite heiß und die andere Seite wird kalt. Sie müssen die Seiten gut identifizieren, je nachdem, wonach Sie suchen.

Anwendungsbeispiel mit Arduino

Sie können eine verwenden Verbindungsschema wie der, den wir für ihn gemacht haben RelaismodulAnstatt die Peltier-Zelle und den Lüfter mit 220 V Wechselstrom zu versorgen, wird sie mit 12 V Gleichstrom gespeist. Sie können denselben Schaltplan verwenden und Ihren Kühler an die Arduino-Platine anschließen.

Sobald Sie alles verbunden haben, können Sie Erstellen Sie einen einfachen Code für die Arduino IDE Damit Ihr Kühlsystem gesteuert werden kann, z. B. dieses, um das Relais unter welchen Bedingungen zu steuern, damit das System aktiviert werden kann (Sie können zusätzliche Feuchtigkeits-, Temperatursensoren usw. verwenden):

const int pin = 9; //Debe ser el pin conectado al relé para su control

const float thresholdLOW = 20.0;
const float thresholdHIGH= 30.0;

bool state = 0; //Celda Peltier desactivada o desactivada

float GetTemperature()
{
return 20.0; //sustituir en función del sensor de temperatura (o lo que sea) empleado
}

void setup() {
pinMode(pin, OUTPUT); //el pin de control se define como salida
}

void loop(){
float currentTemperature = GetTemperature();

if(state == 0 && currentTemperature > thresholdHIGH)
{
state = 1;
digitalWrite(pin, HIGH); //Se enciende el TEC
}
if(state == 1 && currentTemperature < thresholdLOW)
{
state == 0;
digitalWrite(pin, LOW); //Se apaga el TEC
}

delay(5000); //Espera 5 segundos entre las mediciones de temperatura en este caso
}


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