Peltiereffekt

Wärmepumpen können nach unterschiedlichen Verfahren funktionieren. Neben der Kompression, Absorption, Adsorption und dem magnetokalorischen Effekt ist eine Variante der Peltiereffekt, welcher nach seinem Entdecker Jean Peltier benannt wurde. Der französische Physiker entwickelte den Peltiereffekt bereits im 18. Jahrhundert, wobei er aufgrund seiner Effizienz auch heute noch verwendet wird – beispielsweise bei Wärmepumpen.

Wie funktioniert der Peltiereffekt in der Praxis?

Um den Peltiereffekt bei einer Wärmepumpe zu erklären, muss zuerst das Peltier-Element definiert werden. Hierbei handelt es sich um einen Wandler nach elektrothermischen Verfahren, welcher mittels dem Peltiereffekt im Wechsel auch einen Seebeck-Effekt erzeugt. In der Praxis zeigt sich das wie folgt: durch den Stromdurchfluss wird entweder eine Temperaturdifferenz erzeugt oder es wird basierend auf der Temperaturdifferenz ein Stromfluss geschaffen. Der Peltiereffekt funktioniert im Wechselspiel also in beide Richtungen gleichermaßen, was beim Einsatz von Wärmepumpen für eine angemessene Effizienz sorgt und deren Funktionsweise unterstreicht. Die eingesetzten Peltier-Elemente werden deshalb auch häufig zum Heizen eingesetzt. Abgekürzt werden derartige Elemente und Kühler häufig mit der englischen Bezeichnung “thermoeletric cooler” beziehungsweise TEC abgekürzt.

Der Peltiereffekt wird also immer in Verbindung mit einem Peltier-Element angewandt. Durch den zugeführten elektrischen Strom in die Wärmepumpe beziehungsweise das verbaute Element, entsteht eine Änderung des Wärmetransports. Folglich tritt der Peltiereffekt immer dann auf, wenn elektrischer Strom fließt – deshalb muss die Wärmepumpe dementsprechend auch mit solchem betrieben werden. Wird ein Thermopaar mit Strom versorgt, treten zwangsweise sowohl der angesprochene Peltiereffekt als auch ergänzend der Seebeck-Effekt auf. Sind Thermopaare aus Metall gefertigt, wird der Peltiereffekt messbar gehindert. Dieser Umstand wird bei der Konstruktion der Wärmepumpen durch die Hersteller bedacht, um eine möglichst hohe Effizienz bei angemessener Funktionalität zu garantieren. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Wärmepumpen überhaupt, nämlich dass diese eine Leistungsziffer größer als 1 besitzt, ist auch bei der Wärmepumpe mit Peltier-Element und -Effekt gegeben.

Veranschaulichung in Wärmepumpen

Der Peltiereffekt lässt sich in einer Wärmepumpe verhältnismäßig gut veranschaulichen. So werden Elektronen (zu diesem Zeitpunkt in Bewegung) transportiert, wobei diese zwangsweise auch Energie mit sich transportieren. Die exakte Zahl der Energie kann nach unterschiedlichen Faktoren, beispielsweise der Streurate oder dem Ladungsträger, variieren. Gehen diese Elektronen in ein anderes Material über, verändert sich folglich deren Energie. Die hier entstandene Differenz bei diesem Übergang erzeugt an der Stelle, wo der Übergang stattfindet, schließlich Wärme – welche auch aufgenommen werden kann. So kommt es in einer Wärmepumpe mit Peltiereffekt zum Freisetzen und der unmittelbaren Abgabe von der gewünschten Wärme.