Introduction

TEC1 modules peltier thermoélectrique, tels que TEC1-12706 et TEC1-12710, exploitent l’effet Peltier pour créer un flux de chaleur au niveau de la jonction de deux matériaux semi-conducteurs distincts. Ces modules sont utilisés dans diverses applications, des projets DIY aux environnements industriels, en raison de leur capacité unique à la fois à refroidir et à chauffer efficacement les surfaces.

Principes du Refroidissement Thermoélectrique

Le fonctionnement des modules TEC1-12706 et TEC1-12710 repose sur l’effet Peltier et Seebeck, des phénomènes thermoélectriques. Ces effets, régis par les propriétés thermo-électriques de certains matériaux, permettent aux modules thermoélectriques (TEC) d’assurer à la fois le refroidissement et le chauffage, en fonction du sens du courant électrique.

L’Effet Peltier

Lorsqu’un courant traverse une jonction entre deux matériaux différents, tels que des éléments semi-conducteurs, l’effet Peltier entre en jeu. Dans ce processus, un côté de la jonction absorbe la chaleur, tandis que l’autre la rayonne. Il est important de noter que la direction du transfert de chaleur peut être modifiée en inversant le sens du courant électrique. Cette réversibilité inhérente permet aux refroidisseurs thermoélectriques de fonctionner à la fois pour le refroidissement et le chauffage.

L’Effet Seebeck

L’effet Seebeck, également partie intégrante de la thermoélectricité, implique la force électromotrice générée lorsqu’il y a un gradient de température à travers un matériau. En termes plus simples, lorsque l’une des extrémités d’un matériau est chauffée tandis que l’autre reste plus froide, les porteurs de charge à l’intérieur du matériau (électrons ou trous à charge positive) se diffusent du côté chaud au côté froid, créant un potentiel électrique. L’effet Seebeck se produit dans tous les matériaux, mais il est particulièrement prononcé dans certains semi-conducteurs. En connectant des matériaux avec des propriétés électroniques différentes en série, une tension de sortie plus élevée peut être obtenue.

Combinaison des Principes pour le Refroidissement Thermoélectrique

Dans les systèmes pratiques de refroidissement thermoélectrique, l’effet Peltier et l’effet Seebeck sont interdépendants. Lorsqu’un courant électrique est appliqué à un matériau semi-conducteur, de la chaleur est générée d’un côté et absorbée de l’autre, maintenant un équilibre des porteurs de charge. Ce processus sous-tend les capacités de refroidissement et de chauffage réversibles des refroidisseurs thermoélectriques.

Importance et Perspectives Actuelles

Le refroidissement thermoélectrique offre des avantages notamment la compacité, l’absence de pièces mobiles et la régulation précise de la température. Ces caractéristiques le rendent adapté à diverses applications, du refroidissement des composants électroniques dans les CPU et les GPU à la régulation précise de la température dans les équipements médicaux tels que les cyclers thermiques.

Avantages et Inconvénients des Modules Peltier dans les Systèmes de Refroidissement Thermoélectrique

Avantages

1. Contrôle Précis de la Température : Les modules Peltier excellent dans la fourniture d’un contrôle de la température dans une marge de ±0,05°C. Ce niveau de précision est particulièrement précieux dans des applications où le maintien d’une température spécifique est nécessaire, telles que les expériences scientifiques, les équipements médicaux et les processus de fabrication de semi-conducteurs.
2. Refroidissement et Chauffage Réversibles : L’un des avantages remarquables des modules Peltier, est leur capacité à basculer entre le refroidissement et le chauffage en inversant simplement le sens du courant électrique. Cette fonction est essentielle dans les utilisations où à la fois le refroidissement et le chauffage sont nécessaires.
3. Compacité et Absence de Vibration : Les modules Peltier sont compacts et dépourvus de pièces mobiles, ce qui entraîne l’absence de vibrations et de bruit. Cette qualité est inestimable dans des applications telles que la machinerie de précision et l’électronique, où les vibrations peuvent perturber les opérations ou affecter les mesures.
4. Respect de l’Environnement : Les modules Peltier n’ont pas besoin de réfrigérants ou de gaz à effet de serre tels que les chlorofluorocarbones (CFC), ce qui les rend respectueux de l’environnement. Cela peut réduire l’impact sur l’environnement, notamment par rapport aux systèmes de refroidissement traditionnels à base de compresseurs.
5. Faible Besoin d’Entretien : Les modules Peltier ont une durée de vie plus longue en raison de l’absence d’usure mécanique et de taux de défaillance plus faibles liés aux vibrations mécaniques. Cela se traduit par des exigences d’entretien minimales, contribuant à leur rentabilité.

Inconvénients

1. Capacité de Refroidissement Inférieure : Comparés aux systèmes de compression par vaporisation traditionnels, les modules Peltier ont des capacités de refroidissement plus faibles. Cette limitation les rend moins adaptés aux applications de refroidissement et de chauffage à grande échelle où une puissance élevée est nécessaire.
2. Défis d’Efficacité : Les modules Peltier ont des coefficients de performance (COP) ou une efficacité énergétique relativement plus faibles. Ils peuvent ne pas être le choix le plus économe en énergie pour les applications de refroidissement exigeant une puissance de refroidissement significative.
3. Flux de Chaleur Limité : Le flux de chaleur maximum que les modules Peltier peuvent générer par unité de surface est limité par leur conception. Cette limitation peut affecter leur efficacité dans des applications nécessitant une dissipation de chaleur substantielle.
4. Coût pour une Grande Capacité de Refroidissement : L’obtention d’une grande capacité de refroidissement avec les modules Peltier peut être coûteuse. Le coût peut constituer un obstacle, notamment en comparaison avec les méthodes de refroidissement traditionnelles pour les systèmes à grande échelle.
5. Efficacité par rapport aux Systèmes de Pompe à Chaleur : Bien que les modules Peltier soient respectueux de l’environnement, ils peuvent ne pas égaler l’efficacité et la puissance des systèmes de pompe à chaleurs. Ces systèmes restent supérieurs dans les applications de refroidissement et de chauffage à plus grande échelle.

Caractéristiques Clés des Modules Peltier Thermoélectriques TEC1

• Refroidissement Localisé : Les modules Peltier sont capables de fournir un refroidissement localisé. Ils peuvent refroidir des zones ou des composants spécifiques au sein d’un système sans avoir besoin de mécanismes de refroidissement étendus. Cette fonction est avantageuse dans des applications nécessitant un refroidissement localisé.
• Inversion Refroidissement/Chauffage : La possibilité d’inverser la polarité du courant électrique permet aux modules Peltier de passer du refroidissement au chauffage. Cette fonction les rend hautement adaptables pour la régulation de la température dans diverses applications.
• Contrôle Précis de la Température : Les modules Peltier contrôle la température avec précision. Des écarts de température aussi petits que ±0,05°C peuvent être atteints, ce qui les rend adaptés aux applications exigeant une stabilité de température.
• Efficacité Énergétique : Les modules Peltier absorbent et génèrent directement la chaleur à l’aide d’un nombre minimal de composants mécaniques, contribuant à la conservation de l’énergie.

Caractéristiques Techniques du TEC1-12710

• Modèle : TEC1-12710
• Tension (V) : 12V
• Courant Maximum de Fonctionnement (Imax) : 10A
• Puissance Maximale (Qmax) : 120W
• Résistance Interne : 1,2 à 1,5 ohms
• Dimensions (L x l x H) : 40mm x 40mm x 3,6mm
• Poids : 30g Matériau : Céramique
• Couleur : Blanc
• Température Maximale (Tmax) : 66°C
• Nombre de Couples : 127
• Durée de Vie : 200 000 heures (Description 1)
• Taux de Défaillance : 0,2 % selon des tests à long terme (Description 1)
• Refroidissement/Chauffage : Fonctionnalité double – un côté refroidit tandis que l’autre chauffe À
• État Solide : Fonctionne sans vibrations ni bruit
• Installation Simple : Facile à installer et à utiliser

Caractéristiques Techniques du TEC1-12706

• Tension : 12V (avec un courant de 6A).
• Puissance de Refroidissement : Qcmax 55W.
• Différence de Température Maximale : Supérieure à 59°C.
• Courant Nominal : Imax = 4,3-4,6 A à la tension nominale de 12 V.
• Résistance Interne : 2,1 ~ 2,4 ohms (mesurée à 23 ± 1 °C, test en alternance à 1 kHz).
• Plage de Température : -55°C à 83°C (environnement de travail ; les températures ambiantes élevées peuvent affecter l’efficacité du refroidissement).
• Câbles Isolés : Équipé de câbles isolés de 6 pouces pour une intégration facile.
• Dimensions : 40 mm x 40 mm x 3,75 mm (longueur x largeur x hauteur).

Applications des Modules Peltier

1. Appareils Domestiques : Les modules Peltier trouvent une application dans les petits réfrigérateurs. Ils conviennent à la réfrigération des chambres d’hôtel.
2. Refroidissement de l’Électronique : Les modules Peltier sont utilisés pour refroidir les unités centrales de traitement (CPU) et les unités de traitement graphique (GPU) dans les ordinateurs.
3. Climatiseurs Portatifs : Ces dernières années, des climatiseurs portatifs ont émergé, utilisant des modules Peltier. Ces appareils contribuent à prévenir les coups de chaleur en refroidissant le corps humain vêtu.
4. Tests et Mesures : Les modules Peltier sert au refroidissement des capteurs, des oscillateurs laser et des panneaux de commande électriques. Leur capacité à contrôler de la température sans vibrations est indispensable dans les laboratoires et les environnements industriels.
5. Équipements Médicaux : Les modules Peltier sont des composants dans les technologies médicales telles que les cyclers thermiques et les systèmes de Réaction en Chaîne par Polymérase en Temps Réel (PCR). Leur capacité à chauffer et à refroidir et rapidité les rend indispensables dans le diagnostic médical.

Matériaux Utilisés dans le Refroidissement Thermoélectrique :

Matériaux Thermoélectriques

L’efficacité et les performances des systèmes de refroidissement thermoélectrique dépendent fortement des matériaux utilisés. Les matériaux thermoélectriques sont généralement des semi-conducteurs présentant des propriétés spécifiques qui les rendent adaptés à cette application.

Exigences pour les Matériaux Thermoélectriques

• Semi-conducteurs à Bande Interdite Étroite : Le refroidissement thermoélectrique fonctionne principalement à température ambiante, ce qui nécessite des matériaux à bande interdite étroite. Cette caractéristique leur permet de conduire efficacement l’électricité .
• Haute Conductivité Électrique : Pour minimiser la résistance électrique, source de chaleur perdue, les matériaux thermoélectriques doivent présenter une haute conductivité électrique. Cette propriété améliore leur efficacité dans la conversion de l’énergie électrique en un gradient thermique.
• Faible Conductivité Thermique : Les matériaux thermoélectriques doivent avoir une faible conductivité thermique pour empêcher la chaleur de retourner du côté chaud au côté froid, assurant un transfert de chaleur efficace uniquement dans la direction souhaitée.
• Grande Cellule Unité et Structure Complexes : Les matériaux thermoélectriques sont souvent caractérisés par de grandes cellules unités et des structures cristallines complexes pour optimiser leurs propriétés de transport électrique et thermique.
• Hautement Anisotropes ou Hautement Symétriques : Certains matériaux thermoélectriques présentent une forte anisotropie, ce qui signifie que leurs propriétés diffèrent considérablement le long de différentes directions cristallographiques. Ce qui conduit à améliorer leurs performances thermoélectriques.
• Compositions Complexes : Pour obtenir les propriétés thermoélectriques souhaitées, il est souvent nécessaire d’utiliser des compositions complexes, impliquant l’ajout de divers éléments ou composés au matériau de base. Ces compositions aide à équilibrer les propriétés de transport électrique et thermique.

Vidéo descriptive

Liens Outilles

1. Fiche technique du TEC-12706 : https://peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf
2. Pour plus d’informations concernant le Refroidissement thermoélectrique : https://fr.wikipedia.org/wiki/Refroidissement_thermo%C3%A9lectrique
3. Pour découvrir plus de tutoriel, vous pouvez consulter notre bloc : https://www.moussasoft.com/tutoriels-electroniques