Das Konzept des Stirlingmotors, der bereits im letzten Jahrhundert erfunden wurde, wird heute wieder aufgegriffen und weiterentwickelt, da dieser Motor für die dezentrale Energieerzeugung attraktive Eigenschaften aufweist. Moderne Stirling-Konzepte sehen allgemein stationäre Aggregate vor, die über einen angekoppelten Generator Strom erzeugen.
Durch die im Gegensatz zu Otto- und Dieselmotoren geschlossenen Arbeitsräume und die Wärmezufuhr von außen sind sie unabhängig von der Art der Wärmequelle, es können sowohl fossile Energieträger wie Öl und Gas als auch regenerative Energieträger wie Sonne und Biomasse eingesetzt werden. Rückstände aus der Verbrennung können nicht in das Motorinnere eindringen, was zu geringem Verschleiß und damit langen wartungsfreien Laufzeiten führt. Stirlingmotoren als Antriebseinheit in kleinen Blockheizkraftwerken weisen gegenüber konventionellen BHKW Vorteile auf, die gerade bei kleinen Leistungen zum Tragen kommen: Die Wartungsintervalle von Stirlingmotoren liegen aufgrund der geschlossenen Bauweise mit 5.000-8.000 Stunden sehr hoch, wodurch die Betriebskosten deutlich unter denen von Gas- Ottomotoren liegen.
Die Schadstoffemissionen von Stirling-Brennern heutiger Technologie können mindestens 10-mal niedriger als bei Gas- Ottomotoren mit Katalysator liegen, sie entsprechen den Werten von modernen Gasbrennwerttechnologien.
Die Firma SOLO beschäftigt sich seit 1990 mit der Stirling-Technologie. Erster Schritt auf diesem Gebiet war der Bau von drei 9 kW-Motoren in Solarausführung für die Versuchsanlage "Distal" von Schlaich, Bergermann und Partner (SBP), einem Bauingenieurbüro aus Stuttgart, auf der Plataforma Solar in Almeria/Spanien. Dazu wurde von SBP die Lizenz der bezüglich Lebensdauer und Zuverlässigkeit der am höchsten entwickelten Stirlingmaschine SPS V160 erworben und ein Vertrag zur Nutzung mit SOLO geschlossen.
Die solare Ausführung wurde von der ursprünglich gasbeheizten Maschine abgeleitet. Die Anlage in Almeria ging 1992 in Betrieb und hat seitdem über 30.000 Betriebsstunden erfolgreich akkumuliert, sie markiert damit eine Spitzenstellung unter den solaren Energietechniken. Im Rahmen dieser ersten Entwicklungsarbeiten erkannte man schnell, daß der Stirlingmotor auch für die dezentrale Energieerzeugung mit kleinen Blockheizkraftwerken (BHKW) in Europa Vorteile bietet und man entschloß sich eine eigene Serienfertigung für diesen Motor aufzubauen.
Funktionsweise
Der als 90° V-Zweizylinder konzipierte Motor "SOLO Stirling 161" verfügt über einen Verdichtungs- und einen Arbeitszylinder, zwischen denen das Arbeitsgas in einem geschlossenen Kreisprozeß hin- und hergeschoben wird. Im Verdichtungszylinder erfolgt bei niedriger Temperatur unter Wärmeabfuhr an das Kühlwasser die Kompression, beim isochoren Übertreiben in den Arbeitszylinder nimmt das Gas Wärme aus dem Regenerator und erwärmt sich dadurch auf ca. 650°C. Bei der isothermen Expansion im Arbeitszylinder wird ihm im Erhitzer Wärme zugeführt, danach erfolgt das Zurückschieben in den Kompressionszylinder, wobei es Wärme an den Regenerator abgibt und sich dabei abkühlt. Der Erhitzer besteht aus Röhrchen, die von der Wärmequelle auf etwa 700°C erwärmt werden, der Arbeitsgaskühler aus einem von Kühlwasser durchströhmten Röhrchenbündel und der Regenerator, der einen thermischen Speicher zwischen den beiden Temperaturniveaus darstellt, aus einem Paket von Drahtsieben. Um Strömungsverluste in den Wärmeübertragern zu verringern, wird als Arbeitsgas meist Helium verwendet. Durch den geschlossenen Kreisprozeß mit der Wärmeeinkopplung von außen ist der Stirlingmotor unabhängig von der Art der Wärmequelle. Wird ein Brenner als Wärmequelle verwendet, verläßt das Rauchgas den Erhitzer mit einer Temperatur von etwa 800°C, die noch im Abgas enthaltene Energie wird dann über einen Luftvorwärmer auf die Verbrennungsluft übertragen, die auf etwa 600°C vorgewärmt wird. Brenner für effiziente Stirlingmotoren unterscheiden sich durch diese Luftvorwärmung von üblichen Heizungsbrennern und arbeiten im Brennraum auf deutlich höheren Temperaturniveau bei 1200-2000°C.
Die Kolben sind über Stangen mit den Pleueln verbunden, an denen das ölfreie Arbeitsgas und der ölgeschmierte Kurbeltrieb durch Manschetten abgedichtet werden. Kolben- und Kolbenringe (aus speziell entwickeltem Material) laufen trocken in den Zylindern. Die abgegebene Leistung lässt sich durch Anpassung des Arbeitsgasdruckes zwischen 30 und 150 bar zwischen 3 und 10 kW an der Welle einstellen. Über eine Pumpe kann Arbeitsgas aus dem Prozeß in eine Druckflasche abgepumpt werden, bei Öffnen eines anderen Magnetventils kann dieses wieder zurückfließen.
Zur Maschine gehört eine Prozessor gesteuerte Regelung, die die Temperatur des Arbeitsgases im Erhitzer durch Steuerung der Wärmezufuhr oder des Arbeitsgasdruckes konstant hält. Der Prozessor überwacht außerdem Öldruck, Kühlwassertemperatur, Drehzahl bei Generatorbetrieb und weitere Sicherheitsaspekte, er gibt Störmeldungen mit Fehlerangabe aus, bei Bedarf auch über ein Modem zur Ferndiagnose.