Moduł Peltiera w praktyce

Elementy, czy inaczej moduły Peltiera to bardzo tajemnicze elementy. Wiele osób uważa, że przepływ prądu powoduje, iż pochłaniają one ciepło, czyli chłodzą. To dokładnie połowa prawdy, a ogólnikowe artykuły i brak rzetelnych informacji powodują, że mało kto potrafi je sensownie wykorzystać.

Liczne osoby, które próbowały eksperymentować z modułami Peltiera przeżyły wielkie rozczarowanie, bowiem uzyskane wyniki były żałośnie słabe. Niestety często tak bywa, a przyczyną jest brak wiedzy o tych elementach. Tymczasem fotografia tytułowa przedstawia zaskakująco dobre wyniki prostego eksperymentu. Pirometr, czyli termometr bezkontaktowy wykorzystujący promieniowanie podczerwone wskazuje, że powierzchnia modułu Peltiera ma minus 37 stopni Celsjusza! Mała termopara umieszczona na powierzchni, dołączona do multimetru z funkcją pomiaru temperatury, zostaje schłodzona do –19 stopni. Nie jest to wcale sprzeczność, co wyjaśnione jest dalej w artykule.

Za pomocą popularnego modułu Peltiera kosztującego mniej więcej 20 złotych można uzyskać zaskakująco niskie temperatury, ale trzeba spełnić pewne warunki. Podstawowe reguły wykorzystania „peltierów” są proste, co udowadnia niniejszy artykuł. Jak widać, nawet w amatorskich warunkach domowych realne jest uzyskanie w prosty sposób temperatur rzędu minus dwadzieścia stopni, a nawet niższych.

Jednak żeby do maksimum wykorzystać możliwości tych fascynujących elementów w zastosowaniach praktycznych, warto bliżej poznać zasady ich działania i nabrać doświadczenia. Ten artykuł pokazuje, jak można nabrać takiego doświadczenia.

Fotografia 1 przedstawia sytuację przy napięciu zasilania tylko 4,5 wolta i prądzie pracy 1,22 ampera. Jak widać, miernik pokazuje, że termopara została schłodzona do 8 stopni poniżej zera.

Fotografia 2 świadczy, że zwiększenie napięcia do 12 V powoduje wzrost prądu do 3,5 ampera, a temperatura zmniejsza się do minus 17 stopni!

Moduł Peltiera jest 6-amperowy, więc można się spodziewać, że dalszy wzrost prądu pozwoli uzyskać jeszcze niższe temperatury.

Okazuje się, że nie! Po wzroście prądu do 5 amperów, co następuje przy napięciu 19 woltów, sytuacja się poważnie pogarsza! Temperatura niestety wzrasta i wynosi tylko –5°C. Pokazuje to fotografia 3.

Dla osób, które rozumieją zasady rządzące modułami Peltiera nie jest to zaskoczeniem. Oprócz wielkości prądu, o uzyskiwanej temperaturze strony zimnej decyduje też kilka innych czynników. Głównie zdolność odprowadzania ciepła ze strony gorącej, która w tym przypadku zależy od prędkości przepływu cieczy (zimnej wody z kranu) przez chłodnicę.

W prezentowanym tu przypadku przepływ wody był niewielki, czyli chłodzenie strony zimnej niezbyt skuteczne, i w takich warunkach najniższą temperaturę czujnika, prawie –20 stopni, uzyskałem przy prądzie około 3,3 ampera i napięciu około 11,5 wolta – fotografia 4.

(…) ciach!

To jest tylko początek, zapowiedź artykułu, którego pełna wersja ukazała się z numerze kwietniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 4/2023 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki