Différentes mesures sur un module peltier

[MarquisMcFly]

Bonsoir,

j'étudie actuellement les caractéristiques d'un module peltier, j'aimerai être éclairé sur la méthode la plus simple pour mesurer pour un même module:

- le coefficient Seebeck:est ce qu'en imposant une difference connue de température entre les deux faces, je peux obtenir une valeur fiable? Quelle est le meilleur moyen pour fixer précisement la temperature de chaque face? L'une sur une plaque chauffante et l'autre à laquelle je relie un radiateur et dont je mesure la température?

-la conductance thermique du module: j'ai vu certaines formules qui ne prenaient en compte que les caractéristiques des semi conducteurs à l'intérieur du module, mais elles ne prennent pas en compte l'air entre les deux plaques et les plaques en céramiques elle même, comment puis-je retrouver expérimentalement la valeur de la conductance du module?

-la résistance électrique du module: la valeur que j'obtenais au ohmètre variait massivement au moindre déplacement du module. Est ce possible de mesurer la résistance de cette façon? J'ai cru comprendre que la température n'avait qu'un impact modéré sur la résistance du module.

-le rendement comme générateur: puis-je le déterminer simplement en fixant l'un des faces à une température froide, en chauffant l'autre, en mesurant la puissance électrique, et en la comparant à la puissance thermique fournie à la face chaude? Si oui, comment déterminer précisement cette puissance thermique,et dois-je prendre en compte dans le calcul du rendement la puissance fournie par le module à la source froide?

-enfin, est ce que mesurer le rendement du module comme pompe à chaleur qui prend de la chaleur à la source froide pour la donner à la source chaude, et le rendement comme réfrigeéateur, sont les mêmes?

J'ai déjà lu des posts similaires sur le forum mais je n'ai pas bien compris les protocoles mis en place
Je remercie par avance grandement toute personne qui pourra répondre à une ou plusieurs de ces questions.
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[RomVi]

Bonjour

Pour déterminer le coefficient seebek il existe différents montages possibles. Le principe étant d'imposer une différence de température, pas trop grande pour limiter les incertitudes aux interfaces (liées aux résistances thermiques). Le plus simple est d'utiliser un waterblock coté froid et une résistance de puissance coté chaud, et de mesurer les températures avec des sondes fines.
Pour la résistance il suffit de la mesurer en charge, elle varie assez peu avec la température. A noter que si tu as la fiche technique du module tu peux déjà calculer un certain nombre de caractéristiques.

[MarquisMcFly]

Bonjour, merci pour votre réponse.
Pour le coefficient Seebeck, j'avais placer le module entre deux bac d'eau, l'un contenant de l'eau et de la glace à une température proche de 0 degré, l'autre de l'eau chauffée dont je faisait varier la température. Les deux bains étant relativement isolé thermiquement l'un de l'autre. Je connais la conductivité des paroi des bains, et je me disait que si je connaissait la conductance thermique du module, je pourrai calculer une valeur approchée de celle des surfaces de contact entre les parois et le module, donc retrouver le gradient imposé au module.
Je comptais aussi utiliser cette méthode pour calculer la puissance thermique fourni au module par la face chaude.
Pensez vous que cette estimation des températures soit valable?

J'avoue ne pas très bien comprendre ce que signifie "mesurer en charge" la résistance.

Et j'ai la fiche technique du module, elle contient notamment des "courbes de performances", avec Qc et COP en fonction de la tension appliquée, mais je sait pas trop comment me servir de ces valeurs.

[RomVi]

Mesurer en charge c'est mesurer une intensité en appliquant une tension définie, mais on peut aussi trouver cette info sur la fiche technique (en prenant les courbes d'intensité et tension pour les mêmes conditions).
Pour fixer une diférence de température 2 cuves sont toujours mieux que rien, mais ce ne sera pas très précis. On utilisera plutot quelque chose comme ça coté froid :
https://fr.aliexpress.com/item/1005001570596811.html

Et coté chaud une résistance chauffante placée sur une plaque de métal dans lequel on mesure la température.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MarquisMcFly]

Rebonjour, j'aurai une dernière question, comment peut on justifier que le rendement d'un module Peltier soit significativement plus faible en mode générateur thermoélectrique qu'en mode réfrigérateur?

[gts2]

Bonjour,

Pourriez-vous préciser la définition de vos deux rendements.

[RomVi]

Bonjour

On ne peut pas faire de comparaison, car ce ne sont pas les mêmes notions.
On peut parler de rendement en mode générateur (puissance électrique restituée / puissance thermique mise en oeuvre), mais en mode refroidissement on parlera de coefficient de performances (puissance thermique déplacée / puissance électrique mise en oeuvre).
Par définition un rendement est toujours compris entre 0 et 1, tandis que le COP d'un module Peltier peut varier entre 0 et 20 environ.

[MarquisMcFly]

gts2:
Pour le rendement en mode générateur(Effet Seebeck), je calcul le rapport de la puissance électrique générée par le module sur la puissance thermique fournie par une source chaude au module. Mon rendement (Coefficient de Performance Frigorifique) est proche de 50%
Pour le rendement en mode réfrigérateur(Effet Peltier), je fait le rapport de la puissance frigorifique que la face qui se refroidit transmet à ce que je veux refroidir sur la puissance électrique fournie au module par le générateur, mon rendement est inferieur à 1%.

[MarquisMcFly]

RomVi:
Mais si je défini simplement le rendement en mode réfrigérateur comme la puissance frigorifique fourni à ce que je refroidit sur la puissance électrique fournie, il sera forcément inférieur à 1 du fait de la résistance interne et de la conduction au sein du module, non?
Je pensait que le COP ne pouvait être supérieur à 1 que si je m'intéresse à la puissance au niveau de la face chaude.

[RomVi]

Un module Peltier est défini par 3 grandeurs ; celles ci ne figurent pas toujours dans la fiche technique, mais on peut les recalculer à partir des courbes du document :
Ri : La résistance interne en ohms
U : Le coefficient de transfert de chaleur par conduction W/K
C : Le coefficient Peltier, en W/A (en principe on utilise une lettre grecque mais je ne sais pas la faire ici)

Prenons les valeurs d'un module 12706 classique : Ri = 3 ; U = 0.8 ; C = 12

On alimente le module en 12V et on fixe 10K de différence entre les 2 faces du module :
I = 12 / 3 = 4A
P joule = 4*12 = 48 W
P absorbée par effet peltier = C I = 12 * 4 = 48W
P transmise par conduction à la face froide = 10K * 0.8 W/K = 8W
P réellement absorbée coté froid = 48 - 16 = 40W
COP = 32 / 48 = 0.83

Maintenant on réduit la tension d'alimentation du module à 4V
I = 4 / 3 = 1.3 A
P joule = 1.3A*4V = 5.3 W
P absorbée par effet peltier = C I = 12 * 1.3 = 16W
P transmise par conduction à la face froide = 10K * 0.8 W/K = 8W
P réellement absorbée coté froid = 48 - 16 = 8W
COP = 8 / 5.3 = 1.5

On peut atteindre des COP encore bien plus élevés.

[MarquisMcFly]

D'accord, merci beaucoup pour ces explications.
Est ce qu'il est possible à partir de cela d'établir une expression de rendement comprise entre 0 et 1 analogue à un rendement en mode générateur, par exemple en divisant pas le rendement de Carnot?

[RomVi]

Non, par contre on peut directement calculer la puissance produite par un module utilisé en générateur (je n'en ai pas parlé plus haut).
Pour ça il faut prendre en compte le coefficient Seebek, pour un module 12706 il est proche de 0.04V/K

Le module va donc produire une tension à vide. La résistance interne est la même que donnée précédemment.
Si on fixe 20K entre les faces on produit 0,8V. En faisant débiter le module dans une résistance de 3 ohms (soit la même valeur que Ri, de façon à obtenir le meilleur rendement utile possible) on va débiter 0.8 / 6 = 0.13A. La puissance utile est égale à RI² = 3 * 0.13² = 0.053W

La puissance par conduction entre les faces est égale à dt * U = 20 * 0.8 = 16W
Le rendement est de 0.053 / 16 = 0.33%

[MarquisMcFly]

D'accord, merci Romvi.
Est-ce que je dois en conclure que le COP ne permet pas de rendre compte des pertes thermiques du module?

[RomVi]

Je n'ai pas compris la question, de quelles pertes veux tu parler ?