电堆的设计运行方式是指制冷系数最佳运行方式和制冷量最大运行方式.在电堆设计时，应选择其中一种。电堆的实际运行方式包括制冷系数最佳、制冷量最大、制冷温差最大、恒电压、恒电流、恒输入功率、最小电流等多种，实际运行方式与设计运行方式可以不相同。
选择运行方式时，应综合考虑使用性质、冷负荷的大小、散热方式、运行条件、对体积和重量的要求、对电源的要求、对运行经济性的要求等因素.按技术经济学的方法进行分析。
在相同的设计条件下，按制冷系数最佳运行方式设计的电堆耗电少、热端散热量小、运行经济性好，电源体积和重量均较小、电源成本较低，但所需热电元件多、电堆体积较大、电堆的成本较高。当电堆的使用场合为对效率要求较高的便携式冰箱、特种空调、微型冷饮装置、大多数实验装置、工业装置以及大多数低温医疗装置时，应按制冷系数最佳运行方式进行设计。
如按制冷量最大运行方式设计，则电堆耗电多、热端散热量大、运行经济性差，但所需元件少、体积小、成本低。当电堆的使用场合为对重量要求较高的低温手术器械、电子装置、军事和航空航天装备时，应按制冷量最大运行方式进行设计。特别是导弹制导部红外部件等场所用的电堆，重量要求是第一位的，且为一次性使用，必须按制冷量最大运行方式进行设计，以减小起飞重量。
当需要较大制冷温差时，由于不可能作到Q0=0，且制冷温差最大时的电流条件就是制冷量最大的条件，所以应按制冷量最大运行方式进行设计。
无论采用哪种运行方式进行设计，热电制冷元件的面长比都应尽可能符合制冷系数最佳的尺寸条件。在实际运行中，对于任一电堆，只要满足制冷系数最佳的尺寸条件，只需调节电流就可以从任何一种运行方式调节至另一种运行方式。
