Stirling Mini-Blockheizkraftwerk der Firma Solo

Entwicklungsarbeit am STIRLING - MOTOR

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Firma SOLO Stirling GmbH, Sindelfingen

Anfang Juni 2007 wurde das Insolvenzverfahren über die SOLO Stirling GmbH eröffnet. Verschiedene Gründe, insbesondere aber die fehlende Liquidität, haben dazu geführt, dass das Unternehmen in der bisherigen Form nicht weiter geführt werden konnte.

Die Stirling Systems AG mit Sitz im schweizerischen Schaffhausen hat vom Insolvenzverwalter sämtliche Rechte und Patente an der Technologie sowie das noch vorhandene Umlaufvermögen der SOLO Stirling GmbH erworben.

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, Stuttgart), die 1991 auf der Plataforma Solar in Almeria / Spanien errichtet wurde. Dazu wurde von SBP die Lizenz der bezüglich Lebensdauer und Zuverlässigkeit am höchsten entwickelten Stirlingmaschine SPS V 160 erworben und ein Vertrag zur Nutzung mit SOLO geschlossen.

Die solare Ausführung wurde von der ursprünglich gasbeheizten Maschine abgeleitet. Die Anlage in Almeria ging 1991 in Betrieb und hat seitdem über 20.000 Betriebsstunden erfolgreich akkumuliert, sie markiert eine Spitzenstellung unter den solaren Energietechniken.
Um die Entwicklungs- und Forschungsarbeiten an Stirlingmotoren im Stuttgarter Raum zu koordinieren, wurde die "Arbeitsgemeinschaft Stirling" (AGS) gegründet, deren Partner DLR, SBP, SOLO und das ZSW sich auf die Weiterentwicklung des V 160-Konzeptes und marktfähige Anwendungen konzentrieren.

Das Konzept der Stirlingmaschine - seit Anfang des letzten Jahrhunderts bekannt - wird heute wieder aufgegriffen und weiterentwickelt, da diese Maschine geringe Schadstoffemissionen und günstige Eigenschaften für dezentrale Energieversorgung aufweist. Stirlingmotoren können dazu beitragen, fossile Energieträger sehr sauber und rationell zu verwerten und verschiedene regenerative Energien zu nutzen.

Durch die im Vergleich zu Otto- und Dieselmotoren geschlossenen Arbeitsräume und die Energiezufuhr über einen Wärmetauscher sind sie unabhängig von Verbrennungsverfahren oder Brennstoffen. Es können kontinuierlich arbeitende Gas- oder Ölbrenner, aber auch konzentrierte Solarstrahlung oder - mit Einschränkungen - feste Brennstoffe als Energiequelle verwendet werden. Rückstände aus der Verbrennung können nicht in das Innere des Motors eindringen, was geringen Verschleiß bzw. Wartungsaufwand bedeutet.

Moderne Stirlingkonzepte sehen allgemein stationäre Aggregate vor, die über einen angekoppelten Generator Strom erzeugen.

Die Entwicklung der V 160 begann in den '70er Jahren bei der USAB-Tochter SPS in Schweden. Dabei standen folgende Ziele im Vordergrund:

•    Einfacher, kostengünstiger Motor,
•    hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit,
•    geringer Wartungsaufwand,
•    stationärer Einsatz.

Die Firma siedelte später nach Ann Arbor / USA über und baute insgesamt 150 Einheiten und damit die höchste Stückzahl aller jemals gebauten Stirlingmotoren, für Wärmepumpen und Generatorantrieb.
Es wurden Langzeitversuche und erste Einsätze bei Kunden durchgeführt.
Die akkumulierte Betriebszeit liegt zwischen 350.000 und 400.000 Stunden, auf einzelnen Maschinen sind über 28.000 Betriebsstunden nachgewiesen.
Die V 160 markiert damit die höchste Entwicklungsreife für stationäre Einsatzfälle. Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Maschine haben ein hohes Niveau erreicht. Mit Wartung oder Verschleißteilaustausch ist erst zwischen 5.000 - 10.000 Laufstunden zu rechnen.

Mittlerweile wurde von SOLO der Stirlingmotor komplett überarbeitet, die "161" kann hier gefertigt werden. Leistung und Wirkungsgrad konnten etwas verbessert, Fertigungskosten gesenkt, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer weiter stabilisiert werden. Erste Prototypen des "161" wurden ab Winter '95 erprobt, inzwischen werden komplette BHKW's und Solarmaschinen gefertigt und in Langzeitversuchen getestet.



Technische Daten Stirling 161 Motor

Arbeitsweise	Einfachwirkende 90°-V 2 Maschine
Arbeitsvolumen	160 ccm
Wellenleistung	3-10 kW bei 1500 1/min
Motorwirkungsgrad	30 % incl. Brenner
Generatorwirkungsgrad	92 %
Erhitzertemperatur	650 ° C
Kühlwassertemperatur	50 - 60 ° C
Arbeitsgas	Helium
Mittl. Arbeitsdruck	30 - 150 bar
Leistungsregelung	Druckregelung
Regelart	elektronisch
Startvorgang	vollautomatisch über Programm
Motorkontrolle	diverse Kontrollen im Programm
Serviceintervall	5.000 - 10.000 Stunden
Elektrische Daten	400 V, 50 Hz, 9 kWe

Anwendungsgebiete und Weiterentwicklung

Kraft-Wärme-Kopplung:

Stirlingmotoren als Antrieb in Blockheizkraftwerken weisen Vorteile auf, die gerade bei kleinen, dezentralen Anlagen zum Tragen kommen:

Die Wartungsintervalle von Stirlingmotoren liegen mit 5.000 - 10.000 Stunden sehr hoch, die Wartungskosten gerade bei kleinen Leistungen um 10 kW deutlich unter denen von Gas-Ottomotoren.

Die Schadstoff-Emissionen von Stirling-Brennern heutiger Technologie können mindestens 10-mal niedriger als bei Gas-Ottomotoren mit Katalysator liegen, sie entsprechen den Werten von modernen Gasbrennern.

Durch die variable Leistungsabgabe ist eine optimale Anpassung an den Energiebedarf möglich.

Um diese Eigenschaften zu demonstrieren und weitere Betriebserfahrung zu gewinnen, führt SOLO zur Zeit eine Felderprobung mit insgesamt 20 Stirling-Heizkraft-Modulen durch, die den Motor 161, einen Asynchron-Generator, einen Wasser-Wärmetauscher und eine elektronische Regelung beinhalten. Dieses Vorhaben wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt unterstützt, es ist in zwei Phasen unterteilt, die zweite Phase begann im Sommer 1998.

Inzwischen bietet die Firma Solo Kleinmortoren ihr Stirling-BHKW als Sierienversion an. Weitere Informationen finden Sie hier auf unseren Infoserver für Kleine- und Mini-Blockheizkreaftwerke

Solarenergienutzung:

Die Entwicklung der Dish-Stirling-Systeme geht unter Federführung von Schlaich Bergermann und Partner weiter. Auf Grund von Betriebserfahrungen in Almeria, Spaninen wurden neue Konzentratoren mit vollautomatischer Nachführung und verringerten Fertigungskosten konzipiert. Mitte 1997 wurden mit Unterstützung der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg drei weitere 10 kW-Dish-Stirling-Systeme mit SOLO 161-Motoren in Almeria errichtet.

Nutzung fester Brennstoffe:

Da Stirlingmotoren unabhängig von der Art der zugeführten Wärme arbeiten, ist auch die Verwendung von festen Brennstoffen wie Holz, C4-Pflanzen, Stroh etc. möglich. Die technische Umsetzung ist jedoch aufgrund der Ascheerweichung ab 1000°C nicht einfach. In einem von der EU unterstützten Vorhaben wurde 1995 ein Stirlingmotor mit speziellem Erhitzer für den Betrieb in einer Wirbelschicht-Holzfeuerung (CIEMAT / Spanien) getestet, ein weiteres Vorhaben (Graz / Österreich) arbeitet mit anderen Verbrennungskonzepten. Mit entsprechenden Anlagen sollen Energiepflanzen oder landwirtschaftliche und industrielle Abfälle dezentral als Strom- und Wärmequelle genutzt werden können, die Entwicklung ist aber noch nicht abgeschlossen.

Ansprechpartner:

Friedhelm Steinborn

E-Mail:

steinborn@minibhkw.de