Cella di Peltier. Cos’è e come funziona

Per descrivere come funziona la cella di Peltier è necessario partire brevemente dai due principi di funzionamento che hanno permesso la nascita del dispositivo termoelettrico.

Il primo principio si chiama effetto Seebeck, secondo il quale in presenza di una differenza di temperatura in un circuito realizzato con due metalli, si è in grado di produrre una forza elettromotrice.

Il secondo principio è detto effetto Peltier, secondo il quale se la corrente elettrica circola tra due parti metalliche diverse ma poste in contatto, si ha un trasferimento di calore.

Con un’unica cella di Peltier possiamo applicare i due principi appena descritti e generare corrente elettrica da una fonte di calore o refrigerare un dispositivo elettronico troppo caldo.

Ciò si rende possibile perché, al suo interno, una cella di Peltier è formata da due semiconduttori, uno di tipo P e uno di tipo N, collegati a ponte. Il ponte di collegamento funziona da generatore di corrente elettrica e da scambiatore di energia termica.

Dai principi passiamo alla pratica, dove un modulo di Peltier solitamente commercializzato è composto da numerose celle collegate in serie, sormontate da due piastre di ceramica poste sulle due facce piatte del dispositivo e separate da uno strato semiconduttore.

La forma di un modulo Peltier è quadrata o rettangolare, per adattarsi alle esigenze di applicazione pratica. Anche le dimensioni e lo spessore variano a seconda delle prestazioni richieste e di dove devono essere installate.

I fattori principali di cui devi tenere conto quando scegli un modulo Peltier sono:

• la quantità di calore che devi trasferire attraverso di esso (indicata con Q ed espressa in Watt);
• la differenza di temperatura che è capace di sopportare (espressa in Kelvin).

Per esempio, una cella di Peltier 1000W ha una capacità massima di raffreddamento pari a 1.000 Watt; un modulo di Peltier da 77W può sopportare una differenza di temperatura massima di +345,15 Kelvin (+72 Celsius).

Dal nostro catalogo di moduli Peltier potrai scegliere la cella di Peltier più adatta all’impiego che dovrai farne. Sia esso per dispositivi scientifici, applicazioni tecniche o per la realizzazione di apparati elettronici in serie.

I moduli Peltier si utilizzano in tutti quei casi in cui è necessario realizzare un refrigeratore per abbassare le temperatura nel dispositivo progettato e non è possibile, o non è conveniente, usare un compressore refrigerante o soluzione alternativa.

Questo è il caso delle unità AC utilizzate sui mezzi di trasporto che devono garantire la cosiddetta “catena del freddo” ai prodotti alimentari o ai farmaci che trasportano.

In ambito informatico i moduli Peltier sono impiegati nel raffreddamento dei processori (CPU e GPU), oppure li troviamo nei piccoli distributori di acqua fredda.

La cella di Peltier si può adoperare anche per costruire un frigorifero trasportabile o qualsiasi altro sistema di refrigerazione portatile. È possibile utilizzarla altresì come “backup” nelle situazioni che lo richiedono.

In altre applicazioni, invece, è possibile creare un ventilatore con cella di Peltier. Il ventilatore viene costruito di metallo termoconduttivo ed è in grado di condurre calore da una sorgente verso il modulo di Peltier. Il modulo termoelettrico funziona da generatore di elettricità, la quale viene convogliata verso un motore che a sua volta aziona una ventola. Poiché il ventilatore con modulo Peltier azzera il consumo di elettricità, in alcuni casi la soluzione risulta essere economicamente vantaggiosa.

Costruire una cella di Peltier fai da te può rivelarsi impegnativo, oltre che economicamente svantaggioso. Per la loro costruzione sono necessari materiali speciali e apparecchiature industriali adatte alla loro fabbricazione.

Per questo è più utile affidarsi a moduli di Peltier già pronti all’uso per la realizzazione dei tuoi progetti. Per esempio, con una cella di Peltier puoi costruire qualsiasi sistema di refrigerazione utilizzando:

• uno o più moduli Peltier;
• un gruppo dissipatore/ventola;
• uno scambiatore di calore a piastre.

Lo scambiatore di calore a piastre abbinato a un modulo Peltier e a un sistema dissipatore/ventola, come vedremo a breve, ti aiuterà a dissipare una quantità maggiore di calore nelle situazioni più impegnative.

Come raffreddare una cella di Peltier

Vediamo quindi come raffreddare una cella di Peltier affinché non si surriscaldi e non si riducano, di conseguenza, le sue prestazioni termoelettriche o, peggio, si danneggi il modulo.

Il metodo classico utilizzato per la dissipazione di calore da un modulo Peltier è attraverso l’uso di un dissipatore applicato sul lato del modulo che dissipa il calore.

Grazie alla forma piatta del modulo Peltier, potrai scegliere di applicare su di esso anche un dissipatore sovradimensionato. Una soluzione utile quando il calore da dissipare è tanto o si vuole aumentare l’efficienza.

Per migliorare le condizioni di dissipazione del calore, puoi aggiungere al dissipatore una ventola o scegliere direttamente un gruppo ventola/dissipatore pronto all’uso.

Nel nostro catalogo di dissipatori e gruppi ventola/dissipatore troverai le soluzioni più indicate al tuo caso specifico.

Nei casi in cui servano rendimenti maggiori, ovvero una maggiore dissipazione del calore, è possibile abbinare al modulo Peltier uno scambiatore di calore attraversato da liquido refrigerante azionato da pompa elettrica.

I moduli di Peltier piacciono all’industria elettronica perché non hanno parti mobili di cui fare la manutenzione, permettono un controllo puntuale della temperatura e hanno una vita tecnica lunga.

Tutte queste caratteristiche rendono le celle di Peltier particolarmente indicate quando vuoi raffreddare componenti elettronici passivi allo scopo di aumentarne il rendimento.

Qualunque sia il componente passivo da raffreddare, il catalogo RS propone una vasta gamma di dispositivi per la gestione termica in elettronica. Prodotti con i quali potrai sia garantire il raffreddamento che il riscaldamento di componenti elettroniche.