Veo que este tema es bastante antiguo, pero quería añadir mi granito de arena para la posteridad.
El efecto al que se refiere Jules es un escenario comúnmente visto en la electrónica. En una generalización, los ingenieros eléctricos experimentados se referirán a esto como "el problema del lastre". Las corrientes en los generadores termoeléctricos provocarán un calentamiento. El calentamiento hará que la resistencia disminuya. Esta disminución de la resistencia hace que la corriente aumente. Si la disminución de la resistencia fuera de segundo orden o superior, indicaríamos que el dispositivo es accionado por tensión. Como el efecto del calentamiento sobre la tensión es de primer orden, generalmente hablaremos de que el dispositivo es accionado por corriente. Cuando algo es accionado por corriente, lo "lastramos" haciéndolo funcionar desde una fuente de corriente. Si algo es accionado por tensión (donde la respuesta de la corriente a la energía térmica es de 1er orden), lo operamos desde una fuente de tensión. Tenemos que "lastrar" para evitar el desbordamiento térmico. Para los más puros, debemos realizar una simulación multifísica considerando el autocalentamiento y el bombeo de calor junto con las características IV propias de los dispositivos y su propia conductividad térmica. La conductividad térmica de un dispositivo Peltier cambia mucho menos con la corriente que con la tensión. Si se polariza con una fuente de corriente, cualquier cambio en el gradiente de temperatura (por ejemplo, si se acelera la CPU o la GPU) provocará muy pocos cambios en el voltaje. Sin embargo, si se alimentaran los módulos con una fuente de tensión fija, cualquier cambio brusco de temperatura afectaría primero al lado caliente. El lado caliente respondería con un aumento de la corriente. El aumento de la corriente incrementaría aún más el gradiente de temperatura a través de la primera célula, y nos encontraríamos con que el proceso se está llevando a cabo con una sola unidad haciendo todo el bombeo de calor y corriendo el riesgo de quemar las otras células Peltier.
Para obtener la máxima eficiencia, así como la estabilidad térmica, lo mejor es operar el dispositivo con un controlador proporcional de la corriente. De lo contrario, no estamos transductor emparejado. De hecho, todas las bombas de calor termoeléctricas son internamente varias células Peltier conectadas en serie. (Véase más abajo para más detalles).
Dejar de generalizar el problema y hablar específicamente de los módulos termoeléctricos:
El efecto Seebeck es una relación de primer orden (lo suficientemente cercana para los ingenieros) entre la diferencia de tensión a través de un gradiente de temperatura en un semiconductor dopado (o un conductor). Además, es una relación inversa:
EMF = -Coeficiente Seebeck * delta T = -S dT/dr r-hat (vector de dirección)
Si cerramos el circuito, permitimos que se desarrolle una corriente a partir del EMF resultante. Según la Ley de Ohm, esta corriente genera calor. La densidad de corriente generada alrededor de la unión de materiales distintos es
J=sigma E=-sigma dV/dL
La tensión creada en el circuito por esta corriente es
dV=J/sigma
La densidad de potencia disipada en el circuito por esta corriente es
pOhmic=J*dV=J^2/sigma
La diferencia en el flujo de calor a través de los dos lados de la unión es
dqPumped=d(k dT)/dL=dk/dL dT+k dT/dL=dk/dJunction dT+k dT/dL = dk dT+k*dT/dL
El efecto Seebeck es diferente entre el material dopado con p y el dopado con n
EMFp=-Sp dT/dLp=-Sp (T1-T2) EMFn=-Sn dT/dLn=-Sn (T1-T2)
La diferencia de CEM crea un potencial a través de la unión de
dEMF=d(-S dT) = -dS dT
Vjunction=EMF=-dS*T
Esta tensión es la fuente de la corriente, la potencia disponible de esta fuente es
pAvail=Vjunction J=-J dS/dJunction
La potencia disponible de esta fuente se distribuye como
pAvail=pOhmic+qPumped = (J^2/sigma) + d(k*dT)/dJunction +qExt
Si conectamos en serie y conducimos desde una fuente de corriente, la J es constante entre módulos.
J dS T = (J^2/sigma) + dk*dT + qExt
No hay cambios entre los módulos de la pila.
Si conducimos con una tensión
sigma dVn dS T = (sigma dVn^2) + dk*dTn + qExt
Tenemos un lío. La pérdida óhmica puede variar en dVn^2. Eso es drástico. Un aumento de segundo orden en la disipación óhmica viene con sólo un cambio de primer orden en la potencia de bombeo disponible.
Para terminar, quiero comentar que estás en el camino correcto. La conexión en serie mejora drásticamente la eficiencia de la refrigeración termoeléctrica, excepto en lo que respecta a la potencia en vacío. Por esta razón, una combinación bien diseñada de control proporcional junto con la regulación de la potencia en vacío puede ser el método más eficiente hasta la fecha.
