Thermo-elektrisch koelen
Thermo-elektrisch koelen gebruikt het Peltier-effect om een warmtestroom te creëren tussen twee juncties van twee verschillende materialen. Een Peltier-koeler, -verwarmer of thermoelektrische warmtepomp is een solid-state halfgeleider actieve warmtepomp die warmte transporteert van één zijde van het toestel naar de andere zijde van het toestel tegen de temperatuurgradiënt in (van koud naar warm), met verbruik van elektrische energie. Dit toestel wordt soms ook genoemd: Peltier-element, Peltier-diode, Peltier-warmtepomp, solid state koeler, halfgeleider-koeler of thermo-elektrische koeler. Omdat opwarmen veel gemakkelijker bereikt kan worden met andere methoden worden Peltier-elementen meestal gebruikt om te koelen. Hoewel, daar waar er nood is aan één enkel toestel om te koelen en op te warmen kan een Peltier-element interessant zijn. Het eenvoudigweg aanbrengen van een gelijkspanning (DC-spanning) zal ervoor zorgen dat de ene zijde afkoelt en de andere zijde opwarmt. De efficiëntie van de pomp om de warmte weg te pompen van de koude zijde naar de warme zijde is volledig afhankelijk van de hoeveelheid gelijkstroom die toegevoerd wordt en van de mate waarin de warmte afgevoerd kan worden aan de warme zijde.
Peltier-elementen kunnen ook gebruikt worden om elektriciteit te genereren indien het temperatuurverschil in stand wordt gehouden tussen de twee zijden.
Het Peltier-element is gebaseerd op het Peltier-effect, zo genoemd naar zijn ontdekker Jean Peltier. Deze ontdekte in 1834 dat wanneer er een elektrische stroom vloeit door een grensvlak tussen twee verschillende metalen, er een warmte-effect optreedt: warmte wordt getransporteerd van de overgang tussen metalen A en B naar de overgang tussen metalen B en A. Grafisch wordt dit weergegeven in figuur 1: een stroombron stuurt een stroom I door een metalen geleider die gemaakt is van metaal B. Op de peltier-overgang T2 tussen metaal B en metaal A wordt warmte uit de omgeving opgenomen. Op de overgang T1 tussen metaal A en metaal B wordt deze warmte weer afgegeven. Aldus is een warmtepomp gerealiseerd zonder bewegende delen of vloeistoffen. Deze is daardoor zeer onderhoudsarm en in principe volkomen trillingsvrij. Deze voordelen wegen in sommige speciale toepassingen op tegen het grote nadeel van een Peltier-element als warmtepomp: zijn geringe rendement.
Het rendement van een Peltier-element is afhankelijk van de combinatie van de gebruikte metalen. Hoewel in beginsel elke combinatie van twee verschillende metalen gebruikt kan worden, is het effect bij bepaalde combinaties veel groter dan bij andere. Het Peltier-effect werkt overigens ook bij een overgang tussen twee verschillende halfgeleiders (preciezer: een N-gedoteerde halfgeleider en een P-gedoteerde halfgeleider), maar aangezien deze nog niet waren ontdekt ten tijde van de ontdekking van het Peltier-effect zelf, heeft Jean Peltier hier nooit weet van gehad.
