THERMO-ELECTRIC (PELTIER)

Pendingin Thermo-Electric (TEC), juga sering disebut pendingin
Peltier ataupompa panassolid-stateyang
memanfaatkanefekPeltier. Saat TEC / Peltier dilewati arus maka
alat ini akan memindahkan panas dari satusisi ke sisi lain,
biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C - 70°C.
Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan pertama kali
pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil penemuannya
ini sering disebut “Pendingin Peltier”. Ketika dua konduktor
dihubungkan kontak listrik, elektron akan mengalir dari satu
konduktor yang mempunyai elektron kurang terikat ke konduktor
yang mempunyai elektron yang lebih terikat.
Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering
digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3). Thermo-
Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda,
satu tipe N dan yang lainnya tipe P.
Sebuah Thermo-Electric akan menghasilkan perbedaan suhu
maksimal 70oC antara sisi panas dan dinginnya. Apabila Thermo-
Electric semakin panas maka akan semakin kurang efisiensinya.
Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%,
sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%.
Kata kunci : Thermo-Electric, Peltier, Bismuth Telluride
Pendingin Thermo-Electric (TEC), juga sering disebut
pendingin Peltier atau pompa panas solid-state yang
memanfaatkan efek Peltier untuk memindahkan panas
Saat TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan
memindahkan panas dari satu sisi ke sisi lain, biasanya
menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C- 70°C dalam
perangkatyang high-end dapat digunakan untuk mentransfer
panas dari satu tempat ke tempat yang lain.
Efek Peltier
Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan
pertama kali pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil
penemuannya ini sering disebut “ Pendingin Peltier ” Apabila ada
aliran arus listrik, maka akan disertai dengan panas hasil dari
arus tersebut (pemanasan Joule). Jean Peltier mengamati hal ini,
bahwa ketika arus listrik melewati pertemuan dua buah konduktor
yang berbeda (thermocouple ), akan ada efek pemanasan yang
tidak bisa dijelaskan oleh pemanasan Joule saja. Bahkan
tergantung pada arah arus, efeknya bisa berupa pemanasan atau
pendinginan.
Jean Peltier sendiri tidak mau menghargai potensi
penemuannya sendiri, karena hal ini dianggap tidak efisien sampai
akhir abad ke 20.
Cara Kerja
Ketika dua konduktor dihubungkan kontak listrik, elektron
akan mengalir dari satu konduktor yang mempunyai elektron
kurang terikat ke konduktor yang mempunyai elektron yang lebih
terikat. Alasan yang mudah untuk hal ini adalah tingkat perbedaan
Fermi antara dua konduktor.
Perbedaan Fermi adalah istilah yang digunakan untuk
menggambarkan bagian atas kumpulan tingkat energi elektron
pada suhu nol absolut. Konsep ini berasal dari statistik Fermi-
Dirac.
Konsep energi Fermi adalah konsep yang sangat penting
untuk memahami sifat listrik dan termal pada benda padat. Kedua
proses listrik dan termal biasanya melibatkan energi elektron.
Ketika dua konduktor dengan tingkat Fermi yang berbeda
digabungkan, elektron akan mengalir dari konduktor dengan
tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah, hingga
perubahan potensial elektrostatik membawa dua tingkat Fermi
menjadi nilai yang sama.
Arus yang melewati Junction baik arah maju maupun
mundur akan menghasilkan perbedaan suhu. Jika suhu Junction
panas (heat sink) bpat isa dijaga tetap rendah dengan
mengurangi atau menghilangkan panas yang dihasilkan, maka
suhu bagian yang dingin dapat dipertahankan sesuai dengan yang
diinginkan dan bisa beberapa puluh derajad dibawah titik nol.
Bahan Thermo-Electric
Semikonduktor adalah bahan pilihan untuk Thermo-Electric
yang umum dipakai. Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang
paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride
(Bi2Te3) yang telah diolah untuk menghasilkan blok atau elemen
yang memiliki karakteristik individu berbeda yaitu N dan P. Bahan
Thermo-Electric lainnya termasuk Timbal Telluride (PbTe), Silicon
Germanium (SiGe) dan Bismuth-Antimony (SbBi) adalah paduan
bahan yang dapat digunakan dalam situasi tertentu. Namun,
Bismuth Telluride adalah bahan terbaik dalam hal pendinginan.
Bismuth Telluride memiliki dua karakteristik yang patut
dicatat. Karena struktur kristal, Bismuth Telluride sangat
anisotropic . Perilaku anisotropic perlawanan lebih besar daripada
konduktivitas termalnya. Sehingga anisotropic ini dimanfaatkan
untuk pendinginan yang optimal. Karakteristik lain yang
menarik dari Bismuth Telluride adalah kristal Bismuth Telluride
(Bi2Te3) terdiri dari lapisan heksagonal atom yang sama.
Konstruksi
Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor
yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P. (mereka harus
berbeda karena mereka harus memiliki kerapatan elektron yang
berbeda dalam rangka untuk bekerja). Kedua semikonduktor
diposisikan paralel secara termal dan ujungnya digabungkan
dengan lempeng pendingin biasanya lempeng tembaga atau
aluminium.