TEIL C

Weitere Formen hochthermischer Solarenergienutzung (I)

Stirling-Motor

Ich möchte hier den bereits mehrfach erwähnten Stirling-Motor etwas näher betrachten, da er in der letzten Zeit zunehmend Einsatz im Bereich der solarthermischen Anlagen findet. Es handelt sich dabei ursprünglich um einen Niedertemperatur-Heißluftmotor, dessen Patent bereits 1816 von dem schottischen Pfarrer Robert Stirling (1790 -1878) beantragt wurde.

Inzwischen wird der Stirling-Motor allerdings auch im Hochtemperaturbereich eingesetzt. Der Motor arbeitet wie eine Dampfmaschine mit äußerer Wärmezufuhr, jedoch anstelle von Dampf mit dem eingeschlossenen Arbeitsmedium Luft, welches sich – im Gegensatz zum Kesselwasser bei der Dampfmaschine – nicht verbraucht. Stirlings Motiv war der Wunsch, eine sichere und einfache Maschine zur Grubenentwässerung zu bauen.

Am 12. Januar 1853 sticht in den USA das umgebaute Dampfschiff ‚Ericsson’ in See – mit dem größten jemals gebauten Stirlingmotor an Bord. Leider leistet die riesige 4-Zylinder-Maschine (mit Zylinderdurchmessern von 4,27 m) statt der vorausgesagten 350 kW nur 220 kW, wodurch das Schiff eine inakzeptable Fahrt von 11 Knoten macht (20,4 km/h). Der Schwede John Ericsson entwickelt um 1858 aber auch einen 1,5 PS Industrie-Stirling, mit dem er großen Erfolg hat. Eine durch Sonnenenergie betriebene Wasserpumpe wird zu Tausenden verkauft.

Der Stirling-Motor findet vor allem in der Landwirtschaft einige Verbreitung, weil man ihn mit jedem Brennstoff, also auch mit Holz oder Stroh, betreiben kann. Er gehört außerdem zu den Systemen, die sich hervorragend für die Nutzung von Abwärme eignen (s.d.). Anfang des 20. Jahrhunderts sind weltweit ca. 250.000 Stirlingmotoren im Einsatz, als Tisch-Ventilatoren, Wasserpumpen und Antriebe für Kleingeräte wie z.B. Nähmaschinen. Sie versorgten Privathaushalte und kleine Handwerksbetriebe mit mechanischer Energie. Nach dem Otto-, Diesel- und Elektromotoren sich immer weiter verbreiteten, wurden die Stirlingmotoren zunehmend vom Markt verdrängt.

Die Firma Philips beginnt 1936 mit Versuchen am Stirling-Motor, und ab 1954 wird ein 200 kW Stirling-Generator in Kleinserie hergestellt. Auch Siemens und Volvo arbeiten an Stirlings. Eine größere Verbreitung scheitert jedoch vornehmlich am komplizierten mechanischen Aufbau.

Bereits 1965 schlägt William Beale von der Ohio University ein Duplex-Stirling-System vor, bei dem zwei Freikolben-Stirling-Maschinen Rücken an Rücken angeordnet sind, wobei die eine Maschine als Wärmekraftmaschine arbeitet, und die andere als Wärmepumpe. Das System ähnelt damit der Vuilleumier-Wärmepumpe (s.d.). Einsatzbereiche sind gasbefeuerte Gefriergeräte für Lebensmittel, gasbefeuerte Wärmepumpen und die Erdgas-Verflüssigung.

Im Zuge der zeitgenössischen Diskussion um erneuerbare Energie wird das Prinzip auch allgemein bekannt. MAN unternimmt 1967 erste Versuche und stellt 1984 eine Studie vor, bei der es um einen Schiff-Stirling geht. Um 1980 beschäftigen sich weltweit etwa 80 Firmen mit dieser Technologie, und 1986 fährt bereits ein Versuchsfahrzeug von Opel mit einem wasserstoffbetriebenen 8 PS Stirling. Ein Problem bilden die von außen erhitzten Zylinderköpfe, welche Kobalt benötigen. Die fiktive Zahl von 2 Mio. Motoren würden dabei die gesamte Weltproduktion dieses Materials verbrauchen.

Auf der Stirling-Koferenz 1986 stellt Prof. Dr. Ivo Kolin aus Zagreb einen Solarmotor ohne Sammelspiegel vor, der bereits bei einer Temperaturdifferenz von nur 15°C in Betrieb geht. Bei dieser Konferenz kam die zahlenmäßig stärkste Delegation aus Japan, wo Sanyo verlauten läßt, bald ausgereifte und billige Stirlingmotoren anzubieten. Die US-Firma Sunpower in Ohio entwickelt ihrerseits einen Versuchsmotor für 70.000 Betriebsstunden, der mittels Reisstrohverbrennung Wasserpumpen in Bangladesh betreiben soll. Die MacDonnell-Douglas-Tochter United Stirling aus dem schwedischen Malmö bietet zu diesem Zeitpunkt bereits einen sonnennachgeführten 25 kW Stirling an, der mit einem 11 m durchmessenden Parabolspiegel aus 226 Segmenten ausgestattet ist.

1988 vermeldet die Firma Bomin-Solar einen technischen Durchbruch als es gelingt, als Betriebsmittel statt Luft auch Helium oder Wasserstoff zu nutzen. Bisher gab es bei diesen Gasen immer wieder Probleme mit der Dichtigkeit, doch nun wird ein System vorgestellt, bei dem die Energieübertragung vom bewegten Kolben zur ‚Außenwelt’ mittels Magnetkraft – statt einer mechanischen Kopplung – erfolgt. Die magnetische Auskopplung überträgt die Kolbenbewegung nach außen, und der Zylinder selbst, den keine Kolbenstange mehr durchdringen muß, kann jetzt als hermetisch abgedichteter Raum mit einem geschlossenen Gaskreislauf gestaltet werden.

Das Unternehmen stellt einen Sechszylinder-Sirling vor, der 3 kW elektrische Leistung abgibt. Er startet, sobald die Temperatur im Brennpunkt der Solarreflektoren 250°C erreicht, ist fast geräuschlos und völlig abgasfrei. Der Wirkungsgrad wird mit 30 % angegeben. Das Unternehmen kombiniert seine Stirlingmotoren mit den im Haus entwickelten Unterdruck-Folienspiegeln (s.d.). Auch über den ‚doppelten Stirling’ für die Kälteerzeugung habe ich weiter oben schon berichtet, ebenso über den Einsatz von Dish-Stirlings im Spanischen Almería, wo 1991 im Rahmen der Versuchsanlage Distal des Stuttgarter Bauingenieurbüros Schlaich, Bergermann und Partner (SBP) drei 9 kW Motoren in Solarausführung von der Firma SOLO in Betrieb gehen.

Ab 1992 wirbt der deutsche Wärmesystem-Hersteller Herrmann mit dem Einbau eines in der Schweiz entwickelten Stirlings in serienmäßige Gasbrenner für Heizungs- und Warmwasseranlagen. Quasi nebenbei wird damit 1 – 3 kW elektrischer Strom erzeugt, also mehr als ein Einfamilienhaus im Durchschnitt benötigt. Im Sommer kann der Stirling mit einem simplen Sonnen-Spiegelsystem kombiniert werden um auch bei abgeschalteter Gasheizung weiter Strom zu produzieren. Später stellt sich allerdings heraus, daß die Werbekampagne ausschließlich ein ‚Testballon’ war (s.u.). Das Unternehmen sponsort auch den HTC Forschungspreis – der bereits 1988 an J. Kleinwächter von Bomin-Solar verliehen wurde ...natürlich für dessen solarbetriebenen Stirlingmotor.

Moderne Stirlingmotoren erreichen schon Wirkungsgrade von über 40 %, außerdem sind sie leiser, vibrationsärmer und haben ein gleichmäßigeres Drehmoment als Otto- oder Dieselmotoren. 1998 nimmt ein neuer Motor der Saarbergwerke seinen Betrieb auf, der mit Grubengas betrieben wird. Und in Krailing, am südlichen Stadtrand von München, wird im Rahmen einer neuen Industrieansiedlung von 54 Betrieben ein Holzhackschnitzel-Heizkraftwerk errichtet, bei der ein Stirlingmotor der Entwicklungsfirma Magnet-Motor GmbH in Starnberg zum Einsatz kommt.

1999 bietet das Unternehmen Gütte-Feinwerktechnik in Berlin für 298,- DM einen ‚Handwärmemotor’ an, bei dem es sich um einen Niedertemperatur-Stirling handelt, der bereits bei einer Temperaturdifferenz von nur 5°C in Betrieb geht und die Größe einer CD hat (2004 kostet das Modell 184 €, als Bauteilsatz 91 €).

In Almería laufen seit 1997 sechs Stirling-Systeme der Firma SOLO, und im türkischen Alanya hat die Kombassan Holding ein Zentrum für Solarenergieforschung geschaffen, an dem man an der Umstellung dieses Systems auf netzunabhängigen Betrieb arbeitet. 1998 wird dort ein solarer Stirling 161 in einem 25 m² Konzentrator aus runden Kunststoff-Membranelementen in Betrieb genommen, später wird ein neuer, noch größerer Spiegel fertiggestellt.

Die Sandia National Laboratories in den USA nutzen seit Sommer 1999 einen 46,5 m² Konzentrator aus Glas/ Metall-Sandwich-Elementen zum Betrieb ihres Stirling-Motors.

Die 10. Internationale Stirling-Motoren-Konferenz (ISEC) findet im September 2001 in Osnabrück statt, der 1. Deutsche Stirlingkongreß (im Rahmen  des Clean Energy power Kongresses) im Januar 2006 in Berlin.

Eine ungebrochene Domaine von Stirlingmotoren ist die Erzeugung von sehr tiefen Temperaturen. Mit Tieftemperatur-Stirling-Kältemaschinen lassen sich Temperaturen um 80 K (ca. -193°C) erreichen. Luft- oder Erdgasverflüssigung und die Kühlung von Infrarotsensoren sind typische Beispiele derartiger Tieftemperatur-Anwendungen. Das Militär nutzt diese Maschinen in großen Stückzahlen und seit vielen Jahren für automatische Lenkwaffen und Wärmesichtgeräte.

Der vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit anläßlich der 55. Internationale Handwerksmesse IHM im März 2003 in München verliehene Bundespreis für hervorragende innovatorische Leistungen für das Handwerk in der Kategorie Technologie und Umwelt geht in diesem Jahr an die Sindelfinger Firma SOLO Stirling GmbH und ihr microKWK-Modul. Die Firma SOLO Kleinmotoren GmbH, Muttergesellschaft der neu gegründeten SOLO Stirling GmbH, beschäftigt sich seit 1990 mit der Entwicklung eines Moduls zur Kraft-Wärme-Kopplung, betrieben mit einem Stirlingmotor. Das SOLO-Modul ist mit seiner stufenlos modulierbaren Leistung von 2 – 9,5 kW (elektrisch) bzw. 8 – 26 kW (thermisch) besonders für mittlere bis große Immobilien aus dem Wohn-, Gewerbe-, Kommunal- und Industriebereich geeignet.

Im Oktober 2004 verkündet die englische E.ON-Tochter Powergen, daß sie in den kommenden fünf Jahren 80.000 Mikro-BHKW der Marke ‚WhisperGen’ auf der britischen Insel vertreiben wolle. Die Geräte kommen von dem 1995 gegründeten neuseeländischen Hersteller Whisper Tech Ltd. in Christchurch, und arbeiten mit einem gasbeheizten 4-Kolben-Stirlingmotor. Die grundlegenden Arbeiten dafür wurden bereits 1987 an der University of Canterbury in Christchurch begonnen.

Ende 2004 stattet E.ON 550 Haushalte in East Manchester mit diesen Anlagen aus, doch zwölf Monate später scheint die Begeisterung verflogen. Powergen mag sich über den Fortgang des Projekts nicht äußern. Marktbeobachter berichten von technischen Schwierigkeiten.

2007 wirbt die Whisper Tech Ltd. damit, daß sie gemeinsam mit führenden europäischen Untennehmen an der Implementierung einer Serienherstellung ihres AC WhisperGen microCHP Systems für den europäischen Markt arbeitet, das sich mit den unterschiedlichsten flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betreiben läßt. Hauptinvestor des Unternehmens ist die Meridian Energy, einer der größten Stromversorger Neuseelands.

Im Rahmen einer persönlichen Korrespondenz mit Herrn Hermann Merk im Februar 2008 berichtete mir dieser: „Auf der Baumesse in Giessen letzte Woche sprach ich mit der Fa. Sanevo aus Offenbach, die die Stirlingmaschinen WhisperGen und Sunmachine (s.u.) vertreibt. Man erzählte mir, daß die Serienfertigung der Sunmachine nun definitiv beginnt, ebenso soll der WhisperGen in Spanien als Lizenzfertigung in Serie gehen, um die Nachfrage zu befriedigen. In Neuseeland sei man nicht in der Lage, die nachgefragten Stückzahlen zu befriedigen.“

Eckhart Weber und seine Firma Sunmachine GmbH in Nürnberg haben einen Parabolspiegel von 4 m Durchmesser entwickelt, der einen Stirling-Motor mit 2,5 kW elektrischer Leistung antreibt. Es werden drei Exemplare gebaut. Ab 2004 sollen drei verschiedene Modulgrößen zwischen 1 und 4 kW elektrisch und 2,5 und 10 kW thermisch zur Verfügung stehen. Die mittlere Größe mit 2,5 kW soll etwa 13.000 € kosten.

Sunmachine GmbH vermarktet inzwischen auch eine solarbetriebene Wasserpumpe für Entwicklungsländer auf Basis des Stirling-Prinzips, die einst unter dem Namen ‚Sunwell’ in Lizenz gebaut wurde. Eckhart Weber hatte in den frühen 1990ern zusammen mit der Heizungsfirma Herrmann eine Werbekampagne in Spiegel und Stern geschaltet, um die ‚grundsätzliche Reaktion des Marktes’ zu testen. In den Anzeigen hatte Herrmann den Stirling-Motor bereits als Ergänzung zum eigenen Brennwertkessel offeriert. Obwohl das Produkt weder zu kaufen noch ausgereift war, stießen die Anzeigen auf eine große Resonanz: Auf jedes der zwölf Motive gingen rund 1.500 interessierte Zuschriften ein.

Ende 2005 bieten bereits mehrere Unternehmen effiziente Kraft-Wärme-Kopplung in Wohnhäusern an – wobei die Sunmachine Vertriebsgesellschaft in Kempten mit Holzpellets betriebene Mikro-Blockheizkraftwerke mit Stirlingmotor verkauft, die nicht größer als ein Kühlschrank sind. BHKW vereinen Heizkessel und Stromgenerator direkt beim Verbraucher und steigern den Wirkungsgrad damit auf über 90 %. In den Geräten von Sunmachine werden die Holzpellets auf einem Keramikgitter bei 850°C verbrannt und die kräftige Flamme auf den Erhitzerkopf eines robusten Stirling-Motors gelenkt, wobei die Anlage mindestens 80.000 Stunden störungsfrei laufen soll, was mehr als neun Jahren Dauerbetrieb entspricht.

Laut dem Rundbrief von Rolf Keppler soll die Sunmachine ab Juli 2008 lieferbar sein. Bei einer Leistung von 3 kW elektrisch und 10 kW thermisch wird ein Betrag von 18.800 € für die mit Gas, bzw. 23.500 € für eine mit Holzpellets betriebene Version fällig.

Die ersten Flachplatten-Stirlingmotoren werden von Prof. Dr. Ivo Kolin an der Universität Zagreb gebaut (im Januar 2007 verstorben). Sie hatten noch keinen Regenerator und ihr Verdränger wurde durch eine Mechanik mit absichtlich großem Spiel diskontinuierlich bewegt.

Die Idee der flächigen Auslegung der Hauptbauteile wird  bald von Eckhart Weber von der Firma Sunmachine in Nürnberg aufgegriffen. Er führt die sinusförmige Verdrängerbewegung und den Regenerator als flächiges Bauteil ein, sowie gleichmäßig verteilte und den Regenerator durchdringende Zug-Druckanker, um die auf Deckel und Boden wirkenden Druckkräfte zu beherrschen. Dadurch werden erstmalig größere Maschineneinheiten und vertretbare Wirkungsgrade ermöglicht.

Karl Obermoser aus Monheim gelingt es vor einigen Jahren durch Anwendung eines erweiterten Freizylinderprinzips, die ganze aufwendige Mechanik und die Notwendigkeit der ebenso aufwendigen und teuren Zug-Druckanker zu eliminieren. Der Prototyp ist ein 0,5 m² großer Solarmotor mit der Resonanz als Funktionsprinzip, er besitzt allerdings noch keine effiziente Kühlung und arbeitet deshalb mit einer Temperaturdifferenz von nur ungefähr 15°K. Er startet bei einer Temperaturdifferenz von wenigen K selbständig und betreibt bei steigender Sonneneinstrahlung eine kleine Wasserpumpe. (Die beiden Steine, die auf der Maschine im Foto liegen, dienten zur provisorischen Feinabstimmung der Resonanzfrequenz). Das Besondere an diesem Flachplatten-Stirlingmotor ist die spezielle Auslegung der einzelnen Komponenten, durch die sich alle im Betrieb auf die Glasscheibe wirkenden Kräfte zu Null addieren, so daß die Glasscheibe im Betrieb völlig frei von Biegekräften bleibt. Diese enormen Kräfte von bis zu einer Tonne je m² hatten die technische Anwendung des Flachplattenprinzips bisher verhindert.

1999 entwickeln Scott Backhaus und Gregory Swift am Los Alamos National Laboratory in New Mexico einen thermo-akustischen Stirlingmotor. Wie bei einem üblichen Stirlingmotor wird auch hier Wärme in Bewegung umgewandelt. Ein thermisches Austauschelement, der Regenerator, erhitzt und kühlt ein Gas im Wechsel und zwingt es zu zyklischer Expansion und Kompression. Doch im Gegensatz zu herkömmlichen Maschinen treibt die Gasbewegung keinen schwingenden Kolben an, sondern generiert eine Schallwelle. Diese breitet sich innerhalb einer ringförmigen Röhre aus, wobei eine kleine Blende einen zirkulierenden Fluß verhindert. Mit 100 Hz wird die Welle von dort aus in einen Resonator eingespeist und an dessen offenem Ende aufgefangen. Dadurch lassen sich zum Beispiel hochleistungsfähige Lautsprecher anregen oder zur Stromerzeugung Magnete in Spulen bewegen. Wird jedoch umgekehrt die Schallwelle von außen zugeführt, kann deren kinetische Energie genutzt werden, um einem Medium Wärme zu entziehen. So eignen sich akustische Wellen, um Klimaanlagen und Kühlschränke zu betreiben, die keine umweltschädlichen Treibgase benötigen, sondern auf der Basis von Helium funktionieren.

Im September 2004 arbeiten die University of California und das Unternehmen Northrop Grumman Space Technology an der Fortentwicklung eines Stirlingmotors – speziell für den Einsatz in der Raumfahrt. Die sogenannte ‚traveling-wave engine’ nutzt zur Stromerzeugung keine Hitze, sondern Schallwellen. Der thermoakustische elektrische Generator funktioniert, indem Helium durch einen Regenerator geleitet wird, der aus einem Stapel von 322 feinmaschigen Siebscheiben aus rostfreiem Stahl besteht. Der Regenerator ist mit einer Wärmequelle und einem Kühlkörper verbunden, die bewirken, daß das Helium expandiert und kontrahiert. Diese Expansion und Kontraktion erzeugt kräftige Schallwellen – sehr ähnlich der Art und Weise, wie Blitzschlag Ursache einer Wärmeausdehnung ist, die den Donner produziert. Diese oszillierenden Schallwellen in der traveling-wave engine bewegen den Kolben einer Linear-Lichtmaschine, welche Elektrizität erzeugt. Da die einzige bewegliche Komponente in dem Gerät neben dem Helium selbst ein Umgebungstemperatur-Kolben ist, verfügt das Gerät über eine hohe Zuverlässigkeit, wie sie bei Tiefenraum-Sonden verlangt wird. Mit einem Wirkungsgrad von rund 18 % erreicht man bereits die doppelte Effizienz herkömmlicher, mit Nuklearbatterien betriebenen thermoelektrischen Generatoren.

Die Firma BSR Solar Technologies GmbH in Lörrach (Nachfolgeunternehmen der Bomin-Solar von Jürgen Kleinwächter) arbeitet seit 2004 an Niedertemperatur-Stirlingmotoren, die bereits zu arbeiten beginnen, wenn sich die schwarze Oberfläche der Kollektorschüssel auf etwa 150°C aufgeheizt hat. Ziel dieser Entwicklung war es, eine umweltfreundliche und wartungsarme Solartechnologie zum Antreiben von Pumpen zu entwickeln, die darüber hinaus noch in Entwicklungsländern produziert werden kann.

Das Gerät sieht aus wie eine große Parabolantenne mit etwa 2 m Durchmesser. Direkt unter der tiefschwarzen Oberfläche wandert ein großer Verdränger-Kolben auf und ab, wobei Rhythmus und Bewegung der Maschine von einem kanaldeckelgroßen Schwungrad gesteuert werden, das gleichzeitig die kinetische Energie zwischenspeichert. Die Drücke in dem Gerät betragen plus/minus 100 Millibar. Aber auf einen Kolben von einem Quadratmeter Größe sind das 10.000 Newton. Die Leistung wirkt mit 100 W zwar gering, aber es sind 100 Watt hydraulische Leistung. Am Firmensitz in Lörrach gibt es einen Tiefbrunnen, aus dem aus 20 m Tiefe pro Stunde 1,5 Kubikmeter Wasser hochgepumpt werden. Die erste Solarpumpe dieser Art wird derzeit in Indien erprobt. Wenn man anstelle der Pumpe einen Generator anschließt, kann das System auch Elektrizität erzeugen. Das Unternehmen arbeitet inzwischen an einer Verdoppelung der Leistung.

Mitte 2005 arbeitet das 1996 gegründete US-Unternehmen Stirling Energy Systems aus Phoenix in der Wüste nahe bei Albuquerque an einem Solar-Stirling mit Dish-Reflektor, der das Wärmeäquivalent von 10.000 Sonnen auf ein Acht Zoll weites Labyrinth aus dünnen Metall-Röhrchen richtet. Ausgangspunkt für das System ist der thermoelektrische Solar-Dish-Generator, der gemeinsam von McDonnell Douglas (später in Boeing aufgegangen) und der schwedischen Firma Kockums entwickelt und anschließend an das Unternehmen Southern California Edison (SCE) verkauft wurde.

Im Oktober 2005 berichtet die Presse, daß die SCE plant, rund 110 km nordöstlich von Los Angeles eine 500 MW Solaranlage zu errichten, bei der die Stirling-Dish-Technologie eingesetzt werden soll. Später ist eine Erweiterung auf 850 MW geplant. Die hierfür benötigten 20.000 Dish-Stirling-Systeme sollen im Laufe von 4 Jahren in einem eigens dafür gebauten Werk in Victorville, Kalifornien, hergestellt werden. Als erster Schritt wird der Bau einer 1 MW Testanlage mit 40 Stück der 11,3 m durchmessenden Dishs der Firma Stirling Energy Systems erfolgen.

Im Februar 2006 wird bekannt, daß der Ingenieur Dean Kamen, Erfinder des Segway (s.d.), inzwischen an einem 1 kW Stirling für die 3. Welt arbeitet, der mit jeder Art von Brennstoff betrieben werden kann, so auch mit Dung, wie er in ländlichen Gebieten in großen Mengen anfällt. Im Laufe der vorangegangen 10 Jahre hat Kamen, der seinen Reichtum durch die Erfindung einer Insulinpumpe und anderer medizinischer Geräte gemacht hat, rund 40 Mio. $ in die Weiterentwicklung seiner Stirling-Motoren investiert. Mitte 2007 arbeitet er außerdem an dem weltweit ersten Hybrid-Stirling Elektrofahrzeug (s.d.).

Bei dem 3.-Welt-Projekt kooperiert Kamen mit Iqbal Quadir, dem Gründer von Grameen Phone, dem größten Mobiltelefon-Unternehmen in Bangladesh. Bereits 2005 installierte Quadir zwei Prototypen für einen 6-monatigen Testlauf in zwei Dörfern seiner Heimat. Inzwischen verhandelt die Emergence Energy, ein Startup von Quadir in Cambridge, Massachusetts, mit Kamens Deka Research and Development, um sich das System lizenzieren zu lassen. Quadir hofft auf Investorenkapital in einer Höhe von 30 Mio. $, um die Produktion aufzunehmen. Während die beiden ersten handgefertigten Modelle noch jeweils 100.000 $ gekostet haben, soll der Endverkaufspreis der Serienmodelle zwischen 1.000 und 2.000 $ liegen.

Während des Tests in Bangladesch, schufen Kamens Stirling-Maschinen in jedem Dorf drei neue Unternehmen: eines, um die Maschine zu betreiben und die Elektrizität zu verkaufen, eines, um von örtlichen Landwirten den Dung einzusammeln und an das erste Unternehmen zu verkaufen, und ein drittes, das den Dorfbewohnern Glühbirnen (und in Zukunft vermutlich weitere elektrische Geräte) vermietet.

Global Cooling Inc. ist heute eine in Delaware, USA, beheimatete Gesellschaft mit zwei hundertprozentigen Tochtergesellschaften, der Global Cooling B.V. und der Global Cooling Manufacturing Co., wobei die Global Cooling B.V., mit Sitz in den Niederlanden, 1994 gegründet wurde, als sie die Lizenz für eine Freikolben-Stirling-Kältetechnik mit Helium als Arbeitsgas erwarb, die von Sunpower in Athens, Ohio, entwickelt worden war. Die Global Cooling Manufacturing Co. mit Sitz in Athens, Ohio, wurde im Jahre 1997 zum Zweck der Entwicklung und Produktion von Stirling-Kühlern für die Global Cooling B.V. gegründet.

2002 vereinigen die Firmen ihre Bemühungen mit der Sunpower Inc., die sich seit den frühen 1980er Jahren mit Stirling-Kühlsystemen und ab 1988 auch mit der Herstellung hochwertiger Silizium-Zellen für den Einsatz in Solar-Konzentratoren beschäftigt. 2007 bekommt die japanische Twinbird Co. die Technik der Freikolben-Stirling-Kühler lizenziert und beginnt mit der kommerziellen Produktion für den Einsatz in transportablen Kühl- und Gefriergeräten.

Über den SunCone-Stirling, mit dem sich Ende 2006 die beiden Unternehmen Open Energy Corp. und Infinia Corp. beschäftigen, habe ich bereits im Kapitel Optimierungs- und Verstärkungstechniken berichtet (s.d.). Im Juni 2007 erhält das Unternehmen von den Investoren Idealab, Khosla Ventures u.a. eine Finanzspritze von 9,5 Mio. $, mit der Infinia auch die Stirling Cycles kauft, ein bisheriges Tochterunternehmen von Idealab. Die mit Helium arbeitenden Dish-Stirling-Systeme (s.d.) von Infinia sollen 2008 auf den Markt kommen. Für diesen Zweck akquiriert das Unternehmen weitere 50 Mio. $ Investitionsmittel.

Im Februar 2008 geben die Sandia National Laboratories und das Unternehmen Stirling Energy Systems (SES) bekannt, daß sie ihren eigenen Rekord von 29,4 % Wirkungsgrad (bei einem Dish-Stirling der Serie 3) an einem besonders hellen Wintertag in New Mexico übertroffen haben. Der neue Weltrekord beträgt jetzt 31,25 %.

SES arbeitet weiterhin an der Vermarktung seines rekordhaltenden Systems und hat Strombezugsverträge mit zwei großen Versorgungsunternehmen in Südkalifornien, der Southern California Edison und der San Diego Gas & Electric, für bis zu 1.750 MW abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt gelten diese beiden Solarstrom-Verträge als die weltweit größten. Für ihre Erfüllung sind bis zu 70.000 Solar-Dish-Generatoren erforderlich.

Im Januar 2008 gibt die weltgrößte genossenschaftlich organisierte Unternehmensgruppe Mondragón Corporación Cooperativa (MCC) im spanischen Baskenland bekannt, ab dem Herbst für den gesamten europäischen Markt pro Jahr 30.000 Stirling-Maschinen zu produzieren, auf Basis einer Lizenz von Whispergen. Mit einer ersten Vorserie soll im Frühjahr begonnen werden.

Ebenfalls Anfang 2008 stellt die taiwanesische Firma Micro Star International (MSI) auf der CeBIT in Hannover einen winzigen Stirlingmotor namens Air Power Cooler vor, der zur direkten Kühlung von CPU’s gedacht ist. Die Abwärme des Chips treibt einen Ventilator an, dessen Luft wiederum durch die Kühllamellen einer ‚heatpipe’ streicht. Dabei sollen rund 70 % der Hitze in Bewegungsenergie umgewandelt werden, zusätzliche Elektroenergie sei nicht erforderlich.

Kleine, aber hochwertige Stirlingmodelle werden von verschiedenen Technik-Versandhäusern angeboten, sie kosten 2006 um die 200 € und laufen schon bei sehr kleinen Temperaturunterschieden an – beispielsweise auf einer Handfläche.

Interessanterweise laufen sie auch rückwärts, wenn man sie z.B. auf eine Eisfläche stellt. Sie beweisen jedenfalls nachdrücklich, daß sich auch geringe Wärmeunterschiede in Arbeit umwandeln lassen, und daß es keineswegs der immens hohen Verbrennungstemperaturen bedarf, wie sie in unserer technischen Welt noch immer im Einsatz sind.

Und eine vorbildliche und ausgesprochen detaillierte Darstellung der Entwicklung und des Prototypenbaus eines ,zwei mal doppelt wirkenden Stirlingmotors' hat Peter Fette aus Walzbachtal veröffentlicht. Hier gibt es sogar ein kurzes Video der arbeitenden Maschine zu sehen.

Weiterführende Informationen findet man über das Portal von stirlingmotor.com, wo es ein umfangreiches Angebot an kleinen Modell-Stirlings gibt.

Bevor wir anschließend zu den Grenzen der Solarenergienutzung kommen, möchte ich noch einige weitere Formen der hochthermischen Nutzung aufführen.

Weiter...