Un modul Peltier (numit și TEC, de la Thermoelectric Cooler) este o pompă de căldură în stare solidă. Nu are piese în mișcare în interior. Este o plachetă ceramică plată, cu o matrice de mici joncțiuni semiconductoare conectate între ele. Când treci curent DC prin joncțiuni, o parte a plachetei absoarbe căldură, iar cealaltă parte o eliberează. Direcția depinde de direcția curentului, deci modulele Peltier sunt folosite și ca încălzitoare de precizie sau ca elemente reversibile de încălzire/răcire în instrumente științifice.
Applied Thermoelectric Solutions explică acest lucru în termeni pe care restul dintre noi îi putem folosi: modulul Peltier nu „creează frig”, ci mută căldura dintr-o parte în cealaltă, împotriva direcției naturale a fluxului de căldură. Energia pentru asta vine din intrarea electrică. Partea rece devine mai rece deoarece căldura este transportată fizic prin modul către partea fierbinte. Partea fierbinte devine mai fierbinte deoarece primește acea căldură plus căldura reziduală produsă de lucrul electric.
Departamentul de fizică al University of Toronto publică un FAQ despre răcirea termoelectrică, cu un exemplu util. Pentru a pompa 25 W de căldură dintr-o cutie până la 3°C într-o cameră cu 20°C ambient, ai putea rula partea rece la aproximativ 0°C, partea fierbinte la aproximativ 10°C peste ambient (deci ~30°C), iar modulul însuși consumă aproximativ 42 W de putere electrică pentru a face lucrul. Radiatorul părții fierbinți trebuie apoi să disipeze aproximativ 67 W (cei 25 W de căldură pompată plus cei 42 W de căldură electrică reziduală). Faptul cheie din acel exemplu: partea rece este cu 17°C sub cameră, iar asta nu este o simulare — așa se comportă modulele Peltier reale când le combini cu un radiator funcțional pe partea fierbinte.
De ce contează asta pentru telefoane și laptopuri
Un SoC de telefon sub sarcină susținută în gaming disipează aproximativ 5–10 W. Un pachet CPU+GPU de laptop de gaming la sarcină maximă disipează 100+ W, motiv pentru care coolerele Peltier pentru laptop sunt asociate cu ventilatoare substanțiale pe partea fierbinte și uneori cu circuite de apă pentru a duce căldura departe. Forma problemei este aceeași pe ambele dispozitive: pasul limitativ pentru răcirea unui telefon sau laptop modern este pasul final, de la exteriorul șasiului către aerul din jur. Un cooler convențional cu ventilator doar accelerează acest ultim pas în interiorul plafonului de temperatură ambientală. Un cooler Peltier trece dincolo de plafon apăsând pe șasiu o suprafață care este de fapt mai rece decât camera, creând un gradient de temperatură mult mai mare și, prin urmare, un flux mult mai rapid de căldură afară din dispozitiv.
De ce partea fierbinte are nevoie de mai mult ajutor decât partea rece
Aceasta este partea pe care majoritatea produselor Peltier ieftine o ignoră și pe care majoritatea produselor Peltier reale cheltuiesc bugetul. Deoarece modulul pompează atât căldura dispozitivului, cât și propria căldură electrică reziduală către partea fierbinte, radiatorul părții fierbinți trebuie să disipeze mult mai multă căldură decât absoarbe partea rece. Dacă radiatorul părții fierbinți nu ține pasul, temperatura părții fierbinți urcă, ceea ce micșorează delta modulului, ceea ce înseamnă că partea rece începe și ea să se încălzească, ceea ce înseamnă că ai plătit pentru un frigider și ai primit o placă de încălzire ușor incomodă.
De aceea coolerele pentru telefon KryoZon din seria S folosesc răcire cu apă pe partea fierbinte (S6 cu rezervor de 1300 mL și S9 cu pompă aproape silențioasă sub 30 dB) și de aceea coolerul laptop H7 combină un TEC de 27W cu opt ventilatoare controlate independent deasupra modulului, în locul unui singur ventilator subdimensionat. Nu este upsell. Este partea din designul Peltier care face ca cifra de pe partea rece să ajungă efectiv la telefon.
De aceea un cooler Peltier nu poate suna niciodată ca un pad cu ventilator
Un pad de răcire doar cu ventilator trebuie să disipeze doar căldura laptopului. Un pad de răcire Peltier trebuie să disipeze căldura laptopului plus căldura electrică reziduală din pompare. Dacă toate celelalte sunt egale, sistemul Peltier trebuie să miște mai mult aer, sau să ducă căldura departe prin apă, sau ambele. Oricine promite un cooler Peltier de putere mare, cu zgomot zero, fie rulează modulul la un ciclu de lucru minuscul, fie nu disipează corect partea fierbinte. Compromisul sincer KryoZon este S6 (zgomot zero de ventilator, deoarece partea fierbinte este răcită cu apă și produsul nu are deloc ventilatoare) și S9 (pompă aproape silențioasă sub 30 dB, deoarece partea fierbinte este răcită cu apă printr-o pompă mică, nu cu aer printr-un blower).
Aceasta este linia care împarte piața coolerelor în două. Dacă produsul are un modul Peltier ȘI un sistem de disipare pe partea fierbinte dimensionat corect, poate coborî sub temperatura camerei și poate scoate căldura din telefon sau laptop mai repede decât orice ventilator. Dacă are un modul Peltier, dar un ventilator minuscul pe partea fierbinte, va performa sub propria fișă tehnică deoarece partea fierbinte nu ține pasul. Dacă nu are deloc Peltier, este legat pentru totdeauna de temperatura ambientală a camerei. Când cumperi un cooler, aceasta este propoziția pe care ar trebui să o ai în minte.