Как да изберем най-добротоTEC? Нека първо да разгледаме модел и формула за изчисление на TEC с X заслужено.
Горната снимка показва двойка термодвойка. Първо, нека представим понятията на всеки параметър в следващата картина, който ще бъде използван в математическите уравнения по-късно.
Следват две от най-фундаменталните уравнения: натоварване Qc и изчисляване на напрежението
1, Qc = 2 * N * [S * I * * * * - 1/2 I ^ 2 * R * A/L L/A - K * * (Th - Tc)]
2. V = 2 * N * [S * (Th -Tc) + I * R * L/A]
В първата формула за изчисление на Qc, първият член: S *I * Tc представлява ефекта на охлаждане на Пелтие, а вторият член, 1/2*I^2*R*L/A, показва топлинния ефект на Джаул, генериран, когато токът преминава през резистор. Джауловата топлина се разпределя в целия компонент, така че половината от топлината преминава към студената страна, а другата половина към горещата страна. Последният член, K*A/L*(Th-Tc), представлява ефекта на Фурие, т.е. топлината се пренася от висока температура към ниска температура. Следователно охлаждащият ефект на Пелтие ще бъде отслабен поради загубите, причинени от съпротивление и топлопроводимост.
За напрежение, първият член S*(Th-Tc) представлява напрежението на Seebeck. Вторият член, I*R*L/A, представлява напрежението, свързано със закона на Ом.
След изключително сложно извеждане, напредналата математика е почти забравена, така че процесът на извеждане е пропуснат тук. Резултатът е най-важен. След това се получават две формули, които са изключително важни при избора на TEC:
3. Qmax=Qc/(1-Dt/Dtmax
4. COP (Коефициент на ефективност) = Qc/Qtec
Основните изисквания за избор на TEC: натоварване Qc, работна температура Tc, температура на горещия край Th, Dt=Th-Tc. Например: Qc=1,5W, Dt=50K, Qmax=1,5(1-50/70)=5,25W. Това Qmax 5.25W оптималното решение ли е? Не, 5,25 е най-малкият Qmax в това приложение. Qmax не е непременно колкото по-голямо, толкова по-добре. Ако е по-голям, броят на PN двойките ще бъде по-голям, а и самата консумирана енергия ще бъде повече. Как да се изчисли този оптимален Qmax е доста сложно и изисква много професионални инженери по топлинен дизайн.
Както е показано на следващата фигура, избрахме три групи TEC, различни Qmax, но една и съща среда на приложение. COP на TEC# 1 е най-нисък, докато Qmax е най-голям.
За да обобщим:
1. ТЕС с най-висока мощност не е непременно най-подходящият; зависи от конкретното приложение.
2. За приложение със специфични изисквания за натоварване и температурна разлика определено е възможно да се получи оптимално решение чрез изчисляване на COP.
3. Както е показано на следващата фигура, всеки TEC има оптимален диапазон на натоварване (най-високата стойност на COP), когато се определя Dt.
