Strom erzeugende Pelletsheizung mit integriertem Stirlingmotor.
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Energiewandlung mit Hilfe von Stirlingmotoren findet seit dem 19. Jahrhundert bereits Anwendung. Mit Aufkommen der Erneuerbaren Energien wurde ihr Einsatz im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung und der Photovoltaik neu entdeckt.
Mit den Blockheizkraftwerken kam auch der Stirlingmotor in den 70iger Jahren wieder auf. Hier findet er bis heute eine Nischenlösung aus Sicht des Fahrzeugbaus. Seine Vorteile sind ein geringer Brennstoffverbrauch, eine schadstoffarme Verbrennung sowie eine hohe Lebensdauer. Die Motoren arbeiten lautlos und erschütterungsfrei und sind wartungsarm. Zur Wandlung thermischer Energie nutzen sie niedrige Temperaturdifferenzen aus. Nachteile können je nach Anwendung die Baugröße und das Gewicht sein.
Funktionsweise
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Der Stirlingmotor arbeitet mit äußerer Wärmezufuhr oder Verbrennung und äußerer Kühlung. Ein Wärmetauscher überträgt die Wärme auf das Arbeitsgas im Zylinder. Mithilfe eines Verdrängers wird das Arbeitsgas zwischen einem Raum mit höherer und einem Raum mit niedrigerer Temperatur bewegt. Die dabei entstehenden Druckschwankungen werden über einen Arbeitskolben und einen Kurbeltrieb in kinetische Energie umgesetzt. Ein Kühler entzieht dabei dem Stirlingmotor Wärme. Die Springer-Autoren Hans Dieter Futschik et. al. beschreiben die Funktionsweise des Motors im Buchkapitel "Formen und neue Konzepte" unter Punkt 4.3.4 detailliert.
In seiner Entwicklungstätigkeit für Fahrzeugantriebe erreichten Prototypen von Philips Wirkungsgrade bis 38 Prozent im Bestpunkt und bis zu 28 Prozent im Testzyklus. Die Firma Mahle spricht von einem Wirkungsgrad von bis zu 43 Prozent.
Anwendungsbereiche
Im Bereich der BHKWs erzeugen Stirlingmotore neben der elektrischen auch thermische Energie. In der Photovoltaik wandeln sie Solarenergie in mechanische und elektrische Energie um. Im Bereich der konzentrierten Solarenergie kommen sie im sogenannten Dish-Stirling-System zum Einsatz. Als "dish" wird der Parabolspiegel beschrieben. Dessen Hitze treibt den Stirlingmotor an, welcher wiederum die thermische Energie in mechanische umwandelt, um einen Generator zum Laufen zu bringen, der dann elektrische Energie erzeugt. Mustapha Hatti erklärt die Funktionsweise unter Punkt 10 im Buchkapitel "Operation and Maintenance Methods in Solar Power Plants".
Für dezentrale Lösungen werden oft Dieselmotoren in Hybridanlagen eingesetzt. Da die Wirkungsgrade von Diesel- und Stirlingmotoren nahezu gleich und im Fall des Stirlingmotors noch steigerbar sind, kann dieser auch bei Insellösungen Anwendung finden.
Ein interessantes Versuchsprojekt im Bereich Photovoltaik beschreiben die Autoren Chin-Hsiang Cheng und Hang-Suin Yang im Buchkapitel "Stirling Engine Technology and Its Application on Solar Power Generation".