Der Einsatz der Thermoelektrik ist die direkteste Methode, um mit elektrischer Energie Wärme zu übertragen.
Während die traditionellen Kühlsysteme die Wärme mit Hilfe von Gas oder Flüssigkeiten übertragen, so sind es beim thermoelektrischen System die Elektronen selbst, die als Transportmittel für die Wärme dienen.
Da dieses Phänomen umkehrbar ist, kann bei der Anwesenheit von Wärme elektrische Energie erzeugt werden; der Wirkungsgrad dieses Prozesses ist jedoch derart niedrig, dass ein thermoelektrischer Stromgenerator nur in den seltensten Fällen einem traditionellen
Gerät vorzuziehen ist.
Jahrelange Forschungsarbeit zur Verbesserung des Wirkungsgrads der thermoelektrischen Bausteine (Basiskomponenten der Einheiten) und deren ständige Kostenreduzierung haben dazu beigetragen, dass die Anwendung dieser Technologie im privaten als auch im industriellen Bereich immer rentabler wird.
Bei den thermoelektrischen Einheiten handelt es sich um nichts anderes als kleine statische Wärmepumpen, die nach den von dem französischen Physiker Jean-Charles Peltier (1785-1845).
vor mehr als einem Jahrhundert entdeckten Prinzipien arbeiten.
Ebenso wie bei den konventionellen Wärmepumpen, Absorptionskühlgeräte oder andere Gerätetypen zur Wärmeübertragung, können die Grundprinzipien der Thermodynamik auch auf diese Geräte angewendet werden.
Der "Motor" des Systems ist der thermoelektrische Baustein, allgemein bekannt unter dem Namen "Peltier-Modul".
Dieser Baustein setzt sich aus einer bestimmten Anzahl von Thermoelektrikelementen zusammen, die alle gleich sind und aus Halbleitermaterial bestehen, wobei die beiden Elementkomponenten
unterschiedliche elektrische Eigenschaften besitzen.
Diese Thermoelektrikelemente werden elektrisch hintereinander und thermisch parallel geschaltet.
Dann werden die Thermoelektrikelemente wie in einem „Sandwich" zwischen zwei hauchdünne Keramikplättchen, die zugleich als mechanische Halterungen und zur Elektroisolierung dienen, platziert. Wenn man nun an die beiden Stromkreisleiter Spannung legt, startet das System und sobald Strom fließt, findet auf einer Seite des Moduls eine Abkühlung (Energieabgabe) und auf der gegenüberliegenden eine Erwärmung (Energieaufnahme) statt.
Dieses Phänomen kann durch einfachen Wechsel der Stromflussrichtung umgekehrt werden.
WasMaße, Versorgungsspannung, Stromaufnahme, Anzahl der Thermoelektrikelemente und Kühlleistung betrifft, so ist bei der Realisierung dieser Bausteine eine enorme Konstruktionsspanne
möglich.
Das Phänomen nutzt das physikalische Gesetz, nach dem die Geschwindigkeit der Elektronen vom Material, das sie überqueren, abhängt.
In dem folgenden Bild wird am Beispiel gezeigt, wie sich die Elektronen beim Überqueren von gleichen Metalleitern (A), die mittels zwei verschiedener Halbleiter (B und C) verbunden sind, verhalten.
Am Übergang A - B werden die sich in Bewegung befindenden Elektronen gebremst und geben deshalb Energie ab. Aus diesem Grund findet an diesem Punkt eine Erwärmung statt.
Am Übergang B - A beschleunigen die Elektronen, erreichen wieder die Originalgeschwindigkeit und nehmen so Energie auf. Aus diesem Grund findet an diesem Punkt eine Abkühlung statt.
Am Übergang A - C beschleunigen die Elektronen weiter, nehmen deshalb weitere Energie auf und verursachen eine Abkühlung des Übergangs.Am Übergang C - A werden die Elektronen wiederum gebremst und geben daraufhin Energie ab. Wie beim ersten Fall erwärmt sich dieser Übergang.