Stirlingmotoren - Kraft-Wärme-Kopplung gewinnt an Bedeutung

Der Stirlingmotor nutzt ein einfaches physikalisches Prinzip. Gase dehnen sich bei Hitze aus und ziehen sich bei Kälte zusammen. Dieses Prinzip nutzte der schottische Konstrukteur Robert Stirling erstmals 1815 für den Bau eines funktionsfähigen Heißgasmotors. Im Stirlingmotor befindet sich ein abgeschlossenes Arbeitsgas, wobei es sich um Helium, Sauerstoff oder Wasserstoff handeln kann. Das Arbeitsgas wird von außen an zwei unterschiedlichen Stellen erhitzt und gekühlt. Auf diese Weise lässt sich mechanische Arbeit erzielen. Der Stirlingmotor funktioniert in einem geschlossenen Kreisprozess. Sein großer Vorzug ist es, schwierig nutzbare Energieformen in besser nutzbare Energieformen umwandeln zu können. So zum Beispiel thermische Energie in mechanische Energie.

Das Arbeitsgas wird erhitzt und dehnt sich im Zylinderraum des Motors aus. Im kalten Zylinder zieht es sich erneut zusammen, was die erwünschte Bewegung erzeugt, um den Motor anzutreiben. Stirlingmotoren gibt es als Hubkolbenmaschinen, Frei- und Flachplattenkolbenmaschinen sowie Kreiskolbenmotoren. Sie verfügen über einen dauernd erhitzten und einen dauernd gekühlten Bereich, zwischen denen sich das Arbeitsgas bewegt. Beide Abschnitte können genutzt werden, so dass der Stirlingmotor als Kältemaschine oder Wärmepumpe nutzbar ist. Gewöhnlich wird ein Teil der Wärmeenergie des heißen Arbeitsgases von einem Regenerator aufgenommen. Er gibt die Wärme an das abgekühlte Gas zurück, wenn es sich wieder vom kalten zum warmen Bereich des Motors bewegt. Regeneratoren können bis zu 80 Prozent der in einem Zyklus erzeugten Wärme zwischenspeichern und sorgen so für eine bessere Wärmeausnutzung im Stirlingmotor.

Stirlingmotoren und Kraft-Wärme-Kopplung: Um Energieverbrauch zu senken und erzeugte Energie effizienter zu nutzen, gewinnt die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung heute an Bedeutung. Sie beruht auf der gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Strom. Mit Mikro-KWK-Anlagen kann die beim Heizen erzeugte Wärme in Ein- und Zweifamilienhäusern verstromt werden, bei einem thermischer Leistungsbereich von maximal 10 Kilowatt und einer elektrischen Leistung von 1 bis 2 Kilowatt. KWK-Geräte nutzen das Prinzip der Stirlingmotoren zur Energieumwandlung.