aus 0 Bewertungen | zuletzt aktualisiert am: 10.12.2018

Stirlingmotor – perfekte Wärmekraftmaschine für Blockheizkraftwerke

Der Stirlingmotor wird heute häufig in Blockheizkraftwerken eingesetzt und steigert deren Wirkungsgrade. Er kann thermische Energie besonders schadstoffarm in mechanische Energie umwandeln.

Der Stirlingmotor ist besonders, weil er Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln kann. Er besteht aus einem Zylinder, in welchem sich „Arbeitsgas“ befindet. Das kann Luft, Wasserstoff oder ein anderes Gas sein. Aus diesem Grund wird der Stirlingmotor auch „Heißgasmotor“ genannt.

Durch eine externe Quelle wird dieses Gas erwärmt, wodurch ein Kolben verdrängt wird. Auf diese Weise wird thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die einen weiteren Kolben oder eine Turbine antreibt, die schließlich Strom erzeugt.

Sobald sich der Verdrängungskolben von der Wärmequelle entfernt, kühlt das Gas wieder ab. Es verliert an Volumen und strömt wieder zur Wärmequelle zurück. Auf diese Weise entsteht ein Kreislauf, der einen Kolbenmotor oder eine Turbine konstant antreibt.

WICHTIG: Der große Unterschied zum Verbrennungsmotor besteht darin, dass der Stirlingmotor eine externe Wärmequelle benötigt und die Wärmeenergie nicht selbst produziert. Somit kann der Stirlingmotor mit einer beliebigen Wärmequelle kombiniert werden, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor oder auch Solarthermie.

Was ist ein Stirlingmotor?

Im 18. Jahrhundert wurden erste Dampfmaschinen entwickelt, die Energie erzeugten. Da diese Maschinen jedoch nur unter hohem Druck arbeiten konnten, gab es viele Zwischenfälle. Um die Sicherheit beim Betrieb von Dampfmaschinen zu erhöhen, hat der schottische Theologe Robert Stirling eine neue Art von „Wärmekraftmaschine“ entwickelt, die er 1816 zum Patent anmeldete: den Stirlingmotor.

In der Folgezeit wurde der Motor kontinuierlich weiterentwickelt. Doch mit dem Aufkommen des Verbrennungsmotors im 20. Jahrhundert geriet der Stirlingmotor fast schon in Vergessenheit. Im Vergleich zum Verbrennungsmotor war er deutlich träger und konnte nicht für Fahrzeuge eingesetzt werden. Doch mit der steigenden Nutzung von Kraft-Wärmekopplungsanlagen in Blockheizkraftwerken ist der Stirlingmotor wieder auf neues Interesse bei Wissenschaftlern und Nutzern gestoßen.

In Kombination mit einem Blockheizkraftwerk können Stirlingmotoren ihre Vorzüge sehr gut ausspielen. In der Regel sieht der Aufbau mit Stirlingmotor so aus:

Zunächst wird eine Wärmequelle zum Antreiben des Stirlingmotors benötigt. Das kann zum Beispiel ein Gasbrenner sein. Darüber hinaus werden ein Drehstromgenerator und ein Wärmetauscher benötigt.

Im Betrieb erwärmt der Gasbrenner das Arbeitsgas im Stirlingmotor von außen. Dadurch wird ein Kolben nach unten gedrückt. Er schiebt das Arbeitsgas nach oben, wo es sich erwärmt.

Durch die unterschiedlichen Temperaturverhältnisse wird der Kolben per Unterdruck wieder nach oben gesaugt. Auf diese Weise entsteht ein mechanischer Kreislauf, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.

Indem schließlich Wasser durch einen Wärmetauscher geführt wird, kann es erwärmt werden und in Gebäuden als Heizwasser dienen. Zusätzlich kann ein Pufferspeicher im BHKW installiert werden, der überschüssiges warmes Wasser zwischenspeichert.

Bei einer erneuten Wassererwärmung benötigt das BHKW dann noch weniger Energie, da das Heizwasser bereits vorgewärmt ist.

Durch die Zuhilfenahme eines Stirlingmotors können Blockheizkraftwerke Wirkungsgrade von über 90 Prozent erreichen. Da BHKW mit Stirlingmotor in der Regel über einen zusätzlichen Brenner verfügen, können diese auch ohne Zuhilfenahme des Motors Warmwasser erzeugen.

Reichen niedrige Außentemperaturen nicht aus, um die Kraft-Wärme-Kopplung zu nutzen, kann der Stirlingmotor wiederum die Arbeit des BHKW unterstützen.

Ein großer Vorteil des Stirlingmotors im BHKW besteht darin, dass beliebige Brennstoffe für die Zufuhr von Wärme verwendet werden können. Somit lässt sich der Stirlingmotor zum Beispiel auch mit Solarthermie kombinieren.

Weitere Vorzüge sind der geringe Wartungsaufwand, der leise Betrieb und die sehr kompakte Bauweise.

Zum Thema Kraft-Wärme-Kopplung gibt es viel zu sagen, lesen Sie hier das wichtigste:

Um bei Blockheizkraftwerken von hohen Wirkungsgraden zu profitieren, muss der Bedarf an Wärmeenergie zum Heizen oder Brauchwassererwärmung konstant hoch sein.

Durch möglichst viele Verbraucher ist sichergestellt, dass das vom BHKW erzeugte warme Wasser zum Beispiel auch im Sommer zum Duschen oder Waschen genutzt wird.

Dementsprechend lohnt sich der Bau oder Kauf eines Blockheizkraftwerks mit Stirlingmotor nur für größere Wohneinheiten oder dann, wenn mehrere Einfamilienhäuser an dieses Wärmenetz angeschlossen werden.

Es gibt zwar mit den sogenannten „Mikro-BHKW“ Varianten für Einfamilienhäuser, doch diese werden in der Regel nicht mit Stirlingmotoren kombiniert. Zumal die Kosten für diese Antriebe in der Anschaffung im fünfstelligen Euro-Bereich liegen.

Stirlingmotoren bieten die Möglichkeit, Blockheizkraftwerke sehr effizient zu betreiben. Durch die Kombinationsmöglichkeit mit Solarthermie kann ein Manko der BHWK behoben werden, die sonst auf die Wärme von Verbrennungsprozessen angewiesen sind und dadurch wiederum Emissionen verursachen.

Grundsätzlich ist es deshalb empfehlenswert, beim Bau eines Blockheizkraftwerks den Stirling als Alternative mitzudenken.

Ein BHKW mit Stirlingmotor lohnt in der Regel nur für größere Wohnanlagen oder kombinierte Gewerbe- und Wohnhäuser mit konstant hohem Warmwasserbedarf. Der Grund liegt darin, dass ein BHKW mit Stirlingmotor relativ hohe Investitionskosten hat und eine große Anzahl an Verbrauchern notwendig ist, um effizient zu arbeiten.

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