So funktioniert ein BHKW mit Stirlingmotor

Der Stirlingmotor wandelt Wärme in Bewegung um

In Stirlingmotoren wird das schwankende Volumen erhitzter und gekühlter Gase genutzt, um Wärme in Bewegungsenergie umzuwandeln beziehungsweise  Strom aus Wärme  zu gewinnen. Das technische Grundprinzip dazu wurde bereits im Jahr 1816 von Robert Stirling erfunden und bis heute in verschiedenen Bereichen genutzt. Beispiele dafür sind die Mobilität, die Medizin oder die  stromerzeugende Heizung.

Vor allem im BHKW unterscheiden sich die Motoren deutlich von anderen. Grund dafür ist die abgeschlossene Einheit, die thermische Energie einer externen Quelle als Antrieb nutzt. Während Motoren mit innerer Verbrennung meist nur mit Gas oder Heizöl betrieben werden können, funktioniert ein Stirlinggerät zumindest theoretisch mit jeder beliebigen Wärmequelle.

Die Funktion einfach erklärt

Der Stirlingmotor besteht aus einer hermetisch abgeschlossenen Kammer. In dieser befindet sich ein Arbeitsgas, das im Betrieb abwechselnd erhitzt und gekühlt wird. Die dabei entstehende Volumenänderung treibt je nach Bauart einen oder zwei Kolben an. Die mechanische Energie wird auf einen Generator übertragen und es entsteht Strom. Gleichzeitig wird die entstehende Abwärme zurückgewonnen und für das Heizungssystem genutzt.

Moderne Geräte nutzen Lineargeneratoren

Im Gegensatz zum ursprünglich von Robert Stirling erfundenen Motor, in dem zwei Kolben eine rotierende Scheibe antreiben, funktionieren die Geräte heute etwas anders. So nutzen sogenannte Lineargeneratoren die Auf- und Abwärtsbewegung der Bauteile zur Erzeugung elektrischer Energie.

Regenerative Brennstoffe für den Stirlingmotor

Die Motoren arbeiten mit einer externen Verbrennung und können daher mit nahezu jeder Wärmequelle betrieben werden. Neben Gas oder Heizöl – Brennstoffe, die auch in BHKW-Motoren mit innerer Verbrennung eingesetzt werden – können sogar Holzpellets oder die thermische Energie der Sonne zur Wärme- und Stromgewinnung genutzt werden. Was ein solches Gerät im Detail auszeichnet, lesen Sie im Beitrag "BHKW mit Pellets". 

Der Wirkungsgrad ist hoch

Der Wirkungsgrad im stromerzeugenden Motor setzt sich aus einem Wärme- und einem Stromanteil zusammen. Während der wärmeseitige Wirkungsgrad bei etwa 70 Prozent liegt (das heißt, 70 Prozent der eingesetzten Energie wird tatsächlich auf das Heizsystem übertragen), liegt der Stromanteil bei nur zehn bis 20 Prozent. Im Vergleich mit konventionellen Blockheizkraftwerken erreichen Stirlinggeräte dabei etwas schlechtere Werte. Sie können dafür aber mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden und arbeiten besonders ruhig.

Vor- und Nachteile von Stirlingmotoren im BHKW

Eingesetzt in einem BHKW können Stirlingmotoren und Generatoren thermische Energie einer Verbrennung in Strom umwandeln, der zum Beispiel den eigenen Bedarf im Haushalt deckt. Sie sind vergleichsweise einfach aufgebaut, haben nur wenige bewegliche Teile und arbeiten daher besonders robust. Der Wirkungsgrad liegt jedoch unter dem eines BHKWs mit herkömmlichem Verbrennungsmotor.

Vorteile im Überblick:

• Energie aus Verbrennung oder Solarthermie kann in Wärme und Strom umgewandelt werden
• Motoren arbeiten leise und sind besonders laufruhig
• durch einfachen Aufbau wartungsarm und robust

Nachteile im Überblick:

• Wirkungsgrad liegt unter dem eines Motors mit innerer Verbrennung
• Leistung ist langsam regelbar
• Kosten im Vergleich höher als bei anderen Motor-Arten