Termoelektrik soğutma

USB'den güç alan bir içecek soğutucusu
Termoelektrik soğutucular, bir nesnenin sıcaklığını çevre sıcaklığının altına düşürürken, çevredeki sıcaklık ne olursa olsun, nesne sıcaklığını dengede tutarlar. Peltier ısı transferi elemanlarının aktif bir soğutma sistemi olup, miliwatt'tan kilowatt'a kadar değişen bir yelpazedeki uygulamalar için kullanılabilir.
Çoğu termoelektrik soğutucu modül, yüzey alanı başına 3-6 watt/cm2'lik bir pompalama yapabilir. Bu soğutucular piyasada peltier adıyla da bulunmakta olup çektiği güç miktarına bağlı olarak fiyatı değişmektedir. Günümüzde uygun fiyatla 45 watt ve 545 watt arası termoelektrik soğutucular bulunabilmektedir.
Termoelektrik soğutucular, bazen termoelektrik modül veya Peltier soğutucusu diye de adlandırılabilir. Termoelektrik soğutucular, genellikle iki seramik pilaka arasında bulunan yarı iletken elektrodlar şeklinde piyasaya arz edilmiş küçük bir ısı pompası gibi çalışan yarı iletkenlerdir. Bir doğru akım kaynağından sağlanan küçük bir voltaj sayesinde, ısı, modülün bir ucundan diğerine doğru hareket eder. Böylece modülün bir yüzü ısınırken, diğeri de eşzamanlı olarak soğumaya başlar. Bu olay, doğru akım kaynağının artı ve eksi kutuplarının yer değiştirmesiyle aksine çevrilebilir. Bir termoelektrik modülü, kullanım amacına göre ısıtıcı veya soğutucu olarak kullanılabilir.
Modülün soğuk kısmı –40C'ye ulaştığında, ısı pompalanması kesilir ve ısı pompası özelliğini kaybeder (verim sıfıra düşer). Bu yüzden –5 ila –15C arasında en verimli olur. Sıcaklık bu noktada en yüksek değeri DeltaT'ye ( \Delta T) ulaşır.
Eğer soğuk kısma azar azar ısı eklenmeye başlanırsa, bu kısmın sıcaklığı, ısı musluğunun sıcaklığına eşitlenene kadar yükselir. Bu noktada termoelektrik soğutucular, en yüksek ısı pompalama kapasitelerine ulaşırlar.
Termoelektrik soğutucular, evde kullandığımız buzdolaplarıyla aynı termodinamik yasalara göre çalışmasına rağmen bazı farklılıklar taşır. Buzdolabında kullanılan dondurucu sıvının yerini, bir yarı iletken alır. Yoğuşturucu da bir ısı transfer elemanıyla yer değiştirir. Ayrıca kompresörün yerini de doğru akım kaynağı alır.
Termoelektrik modüle doğru akım kaynağının bağlanması, elektronların yarı iletken nesneden geçmesini sağlar. Maddenin soğuk tarafında, elektron hareketi sayesinde ısı soğurulur ve sıcak uca gönderilir. Sıcak olan uca ısı transfer elemanı bağlandığı için, ısı, ısı transfer elemanından çevreye verilir.
Termoelektrik modüllerin önemli bir diğer özelliği elektrik üretimidir. Yarı iletken bağlı plakaların iki yüzeyine yeterli miktarda sıcaklık farkı uygulandığında plakalar arasında elektron hareketi gerçekleşir ve elektrik üretimi sağlanır. Sıcaklık farkının miktarına bağlı olarak voltaj değişir. Piyasada bol ve ucuz olarak bulunabilen, iki yüzeyi seramik kaplı 30 Watt termoelektrik modüller kullanılarak, iki yüzey arasında 40 derece sıcaklık farkı oluşturulduğunda 1.5 Volt gerilim ölçülmüştür. 8 adet termoelektrik modül seri bağlandığında 2 mt boyunda şerit led yakılabilmiştir.
Termoelektrik modüllerin bu özelliği termal kameralar ve gece görüş teçhizatlarında kullanılmaktadır.
Terrmoelektrik soğutucuların başlıca kullanım alanları mikroişlemciler, buzdolapları, gece görüş teçhizatları vb. olarak verilebilir.