Warum Photovoltalik?

Tiere & Natur Natur & Umwelt
#1

Hallo liebe Experten!
In der letzten Zeit liest man oft über Solarkraftwerke in D.
Dort wird ja Strom direkt aus dem Sonnenlicht erzeugt, mittels den recht teueren Silizium-Einkristall-Platten.

Ich frage mich, warum man bei Grossanlagen nicht erstmal warmes Wasser oder Luft erzeugt, und das mit einem Stirlingmotor + Generator in Strom verwandelt. Da könnte man ja, rein theoretisch, auch noch einen Pufferspeicher einbauen.

So eine thermische Anlage würde sicher viel billiger herzustellen sein.

Wirkungsgrad bei Photovoltalik soll wohl angeblich bei 15% liegen.
Wenn ich die andere Variante überlege,(Wirkungsgrade kann man wohl mulitplizieren ?? )
hab ich:
Kollektor: ca. 0,6
Stirling: ca. 0,35
Generator: ca. 0,9

als Endergebnis 19%.

Was meint Ihr dazu?

Grüße, Steffen!

#2

Nachfrage
Hi,

Stirlingmotoren kenne ich ausschliesslich vom Physikstudium.
Gibt es so etwas in der Praxis in nennenswerten Stückzahlen?

Gruss,

#3

Hallo Helge!

Ich kann nur vermuten, was Du gerade denkst…
Also in Grosserie werden die Stirling´s meines Wissens nach nicht gebaut.
Ich weiss nur von Anlagen mit sehr hohen Leistungen, ich vermute, dass da Abwärme von Industrieanlagen genutzt wird.
Das sind dann aber auch Einzelstücke.

Über Stirlings, die ganzen Bauarten, Geschichte usw. hab ich mich schon gründlich im Internet belesen.
Die wurden schon in Schiffen, Bussen usw. eingesetzt, haben sich aber nicht durchgesetzt. Offenbar ist die Regelung das Problem. Ich denke mal, dass man einen ordentlichen Wirkungsgrad auch nur bei grossen Anlagen erreicht, dann ist auch noch „das Kalte“ nötig, wohin man die Wärme überträgt, also am besten ein Fluss oder See.

Dann ist mir noch bekannt, dass es hier bei uns in Zwickau eine Fa. Heinricci gab, welche vor ca. 100 Jahren Stirlingmotore in Serie gebaut hat. Es gibt auch heute noch einen e.V. dazu, aber ohne bedeutende Aktivitäten oder Produktion.

Grüße, Steffen!

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#4

Hi Steffen,

Ich frage mich, warum man bei Grossanlagen nicht erstmal warmes Wasser oder Luft
erzeugt, und das mit einem Stirlingmotor + Generator in Strom verwandelt.

Stromerzeugung mit Solarzellen benötigt keine beweglichen Teile und keine Wasserrohre, die verkalken könnten. Außerdem wird sie irre hoch subventioniert. Dass der Stirlingmotor nicht belastbar ist, weil er kein nutzbares Drehmoment erzeugt, macht die Sache nicht einfacher.

Gruß Ralf

#5

Hallo !

Der direkte Weg ist immer der billigere.

Ein Stirlingmotor braucht eine Wärmeqelle, welche seine Arbeitsluft anheizt.
mfgConrad

#6

Hallo !

Hier etwas zum Heißluftmotor. Er ist unwirtschaftlich und kaum einsetzbar. Wäre es anders, stände er nicht nur in Museen herum!

Der Heißluftmotor (Stirlingmotor) ist eine Kolbenkraftmaschine, die durch die Expansion periodisch erhitzter Luft in geschlossenem Kreislauf betrieben wird.
Eine Arbeitseinheit besitzt zwei Kolben im Zylinderraum, die sich phasenverschoben bewegen. Die von ihnen gebildeten beiden Arbeitsräume sind miteinander verbunden. Der obere Verdrängerkolben drückt kalte Luft durch ein Heizaggregat (Erhitzer) in den unteren Arbeitsraum, dort expandiert die Luft, treibt den Arbeitskolben, wird expandiert wieder in den oberen Arbeitsraum durch einen Kühler und Wärmespeicher (Absorber) zurückgetrieben und dort wieder verdichtet.

Der thermodynamische Prozess (Stirlingprozess) besteht idealisiert aus vier Zustandsänderungen : Kompression bei konstanter Temperatur, Wärmezufuhr bei konstantem Volumen, Expansion bei konstanter Temperatur und Wärmeabfuhr bei konstantem Volumen.
Das Arbeitsgas wird bei Drücken von ca 150 bar zwischen einem heißen und einem kalten Raum hin- und hergeschoben. Zwischen diese Räume ist zur Verbesserung des Wirkungsgrades ein Regenerator geschaltet., in dem das zur kalten Seite strömende Gas Wärme abgibt und beim Rückwärtsströmen zur heißen Seite wieder Wärme aufnimmt.

Vorteile des Heißgasmotors gegenüber Verbrennungsmotoren sind die äußere Wärmezufuhr und kontinuierliche Verbrennung (daher können feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe verwendet werde) sowie die geringe Geräuschentwicklung.
Der Wirkungsgrad entspricht etwa dem des Dieselmotors.
Nachteile sind höhere Herstellungskosten und das ungünstige Leistungsgewicht. Eine schnelle Leistungsveränderung ist nur durch Vergrößern oder Verkleinern der Arbeitsgasmasse möglich.
Daher sind aufwendige Zusatzeinrichtungen erforderlich wie Gasspeicher, Hochdruckkompressoren.
Dadurch werden Kosten, Leistungsgewicht und Raumbedarf weiter erhöht.

mfgConrad

#7

Moin

Was meint Ihr dazu?

Ich bin sich deiner Meinung. Allerdings werden Kleinanlagen (wofür solarzellen ja gedacht sind) mit extrem viel Subventionen gefördert. Da ist es nur normal das Geschäftsleute Grossanlagen auf Basis der Staatlichen Gelder bauen, nicht der sauberen Energie wegen, sondern wegen des Gelds.

Sonne => Wärme => Strom geht übrigens auch so (Heliostatenkraftwerk):
http://www.3sat.de/3sat.php?http://www.3sat.de/hitec…

ohne Sterling, mit konventioneller und zuverlässiger Kraftwerkstechnik.

cu

#9

Stirlingmotoren
Hallo,

ich habe auch mal einiges über Stirlingmotoren raussuchen müssen…

Eine Seite über Funktionsprinzip mit Filmchen dazu:
http://library.thinkquest.org/C006011/german/sites/s…

Ein Hersteller:
http://www.stirling-technik.de

So long

MainBrain

#10

Hallo,

schau mal auf dieser Seite:
http://www.stirling-engine.de/

Sowas meinst du vermutlich, oder?

Gruß, Niels

#11

Hallo!
Ja,
genau das.
Das ist es…
Aber mit den Hohlspiegeln ist das natürlich auch so eine Sache.

Grüße, Steffen!

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#12

Hallo,

Vorteile des Heißgasmotors gegenüber Verbrennungsmotoren sind
die äußere Wärmezufuhr und kontinuierliche Verbrennung (daher
können feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe verwendet
werde) sowie die geringe Geräuschentwicklung.

Nicht zu vergessen die höhere Lebensdauer und geringerer Wartungsaufwand, da bei Stirling keine so hohen Kraftspitzen auftreten.

Der Wirkungsgrad entspricht etwa dem des Dieselmotors.
Nachteile sind höhere Herstellungskosten

ich denke, bei einer entsprechend großen Serie wären die Herstellungskosten entsprechend geringer. Zumal der Stirling selbstanlaufend gebaut werden kann und deshalb nicht zwingend einen Anlasser braucht. Auf Grund der gleichmäßigen Verbrennung ist auch (abhängig vom Brennstoff) kein Katalysator oder Rußfilter notwendig.

und das ungünstige
Leistungsgewicht.
Eine schnelle Leistungsveränderung ist nur
durch Vergrößern oder Verkleinern der Arbeitsgasmasse möglich.
Daher sind aufwendige Zusatzeinrichtungen erforderlich wie
Gasspeicher, Hochdruckkompressoren.
Dadurch werden Kosten, Leistungsgewicht und Raumbedarf weiter
erhöht.

das ist aber nur bei Anlagen notwendig, die solch eine schnelle Regelung brauchen. Bei KWK-Anlagen genügt eine Regelung über die Brennstoffzufuhr. Im Prinzip ist dafür jeder handelsübliche Brenner geeignet. Ansonsten ist der Stirling mit seiner sehr einfachen Bauweise eher günstig.
Ein nicht unerheblicher Faktor ist die Tatsache, dass bei einem Stirling mit hohem Wirkungsgrad Helium bei hohem Druck (wie du bereits gesagt hast 150 bar) dicht eingeschlossen werden muss. Normalerweise wird der Generator in den heliumgefüllten Bereich integriert, damit keine Welle vom Druckbereich in den Außenbereich geführt werden muss.

Der Stirling hat das Problem, das auch andere ähnliche Alternativen immer wieder haben. Er trifft auf eine bereits sehr weit entwickelte etablierte Technik mit der er zunächst nicht konkurrieren kann. Die Expolsionsmotoren sind einfach universeller einsetzbar, was die Anwendung betrifft. In Bezug auf den Brennstoff ist natürlich der Stirling der „Allrounder“.

Zur Stromerzeugung aus Gas bietet sich als bessere Alternative natürlich die Brennstoffzelle. Derzeit zwar noch nicht ganz ausgereift, wird sie aber in der Zukunft wohl eine Rolle spieln. Zumal sie auch in Kfz eingesetzt werden kann.

Gruß, Niels

#13

Herstellungskosten entsprechend geringer. Zumal der Stirling
selbstanlaufend gebaut werden kann und deshalb nicht zwingend
einen Anlasser braucht.

Was meinst Du damit? Willst Du ihn anlassen, wie einen Lanzbulldog? Mit der Hand?
Eine Anlaßvorrichtung braucht jeder Motor, auch der Heißluft.
Auch eine Dampfmaschine braucht eine Steuerung, damit sie anfährt.

Auf Grund der gleichmäßigen

Verbrennung ist auch (abhängig vom Brennstoff) kein
Katalysator oder Rußfilter notwendig.

Sicher, weil er selbst keine Verbrennung erzeugt. Aber die Wärmequelle, die den Heißluft mit heisser Luft beliefert, die braucht Filter.
Er läuft eben nur mit heisser Luft und die muß irgendwo herkommen!

das ist aber nur bei Anlagen notwendig, die solch eine
schnelle Regelung brauchen. Bei KWK-Anlagen genügt eine
Regelung über die Brennstoffzufuhr.

Im Prinzip ist dafür jeder

handelsübliche Brenner geeignet.

Brenner! Der Heißluft selbst hat keinen brenner. Er hat eine separate Wärmequelle und das ist das Problem.
Für den Heißluft könnte man auch Dampfmaschinen oder Dampfmotore bauen.

mit seiner sehr einfachen Bauweise eher günstig.

Er ist gebaut wie eine Dampfmaschine/motor, nichts einfacher.
Aber der Aufwand, den er braucht, um zu laufen, ist gewaltig.

MfgConrad

#14

Herstellungskosten entsprechend geringer. Zumal der Stirling
selbstanlaufend gebaut werden kann und deshalb nicht zwingend
einen Anlasser braucht.

Was meinst Du damit? Willst Du ihn anlassen, wie einen
Lanzbulldog? Mit der Hand?
Eine Anlaßvorrichtung braucht jeder Motor, auch der Heißluft.
Auch eine Dampfmaschine braucht eine Steuerung, damit sie
anfährt.

Hallo!
Es gibt tatsächlich selbststartende / anlaufende Stirlingmotore.
Bei ausreichendem Temp.-Unterschied startet der aufgrund seiner Konstruktion von selbst, ohne Anlaser.

Grüße, Steffen!

#15

Es gibt tatsächlich selbststartende / anlaufende
Stirlingmotore.

Sicher! Aber dafür ist er mit einer Anlaßeinrichtung ausgerüstet.

Bei ausreichendem Temp.-Unterschied startet der aufgrund
seiner Konstruktion von selbst, ohne Anlaser.

Temp.differenz? Ich dachte, der arbeitet mit expandierender Luft.
Und anlassen allein geht nur bei einem Mehrzylinder, der so konstruiert ist, dass immer zwei, mindestens ein Kolben kurz hinter OT steht. Und dafür hat er Ventile, wie in Verbrennungsmotor.
Man muß ja auch, wenn er einen Generator antreibt, eine konstante Drehzahl haben. Bei allen Belastungen und dafür ist wieder ein Drehzahlregler nötig.

MfgConrad

#16

Hallo!

Temp.differenz? Ich dachte, der arbeitet mit expandierender
Luft.

Egal was , irgend etwas warmes, und was kaltes,
wohin die Wärme letztendlich übertragen wird.

Das Warme wäre hier ev. heisse Luft von einer Solaranlage,
das kalte im günstigsten Fall Kühlwasser aus einem Brunnen oder Bach.

Oder meinst Du das:

http://home.t-online.de/home/bernhard.struewing/flam…

Das ist aber kein Stirlingmotor.

Grüße, Steffen!

#17

Moderne Heißluftmotoren haben einen eigenen Brenner pro Zylindereinheit.

Wie will man das mit Solarwärme erreichen? Wasser erhitzen? Das gäbe keine Leistung.

Der Heißluftmotor ist ganz einfach kein Ersatz für irgendeinen anderen Generatorantrieb.

#18

Hallo Conrad!

Ein üblicher Stirling ist für hohe Temperaturen gebaut,
müsste man dann entsprechend anders konstruieren.

Ich hab mal auf die schnelle etwas gesucht:
http://www.solarserver.de/store/images/exergia_stirl…

Das ist nur ein Spielzeug, den stellt man einfach in die Sonne, anschieben und er läuft durch das Sonnenlicht bzw. dessen Wärme.

Dann gibt es noch welche, die man einfach auf die Hand stellt, sogenannte Handwärmestirlings. Die laufen mit der Körperwärme.

Ich denke , einen relativ großvolumigen Stirling benötigt man schon, man hat aber keine Platzprobleme.
Der müsste dann etwa so aussehen wie auf dem GIF. Er müsste sich dann auch mit Solar-Plattenkollektoren betreiben lassen.

Grüße, Steffen!

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#19

Das ist nur ein Spielzeug, den stellt man einfach in die
Sonne, anschieben und er läuft durch das Sonnenlicht bzw.
dessen Wärme.

Dann gibt es noch welche, die man einfach auf die Hand stellt,
sogenannte Handwärmestirlings. Die laufen mit der Körperwärme.

Richtig, alles Spielzeug.

Ich denke , einen relativ großvolumigen Stirling benötigt man
schon, man hat aber keine Platzprobleme.

Gerade das ist das Problem. Man will heute ein hohes Leistungsgewicht. PS pro kg Motor.
Und da wäre der Heißluftmotor ein Dinosaurier.

Der müsste dann etwa so aussehen wie auf dem GIF. Er müsste
sich dann auch mit Solar-Plattenkollektoren betreiben lassen.

Wohl ein Spielzeug, nicht ein leistungsfähiger Motor!

Wäre das eine gute Sache, wäre er längst auf dem Markt.
Es gibt ihn aber nur als kindgerechte kleine Modelle.
Dazu der ewig falsche Name „Stirlingmotor“. Den gibt es nicht, er heißt Heißluftmotor.

Wirklich funktionierende Heißluftmotoren gab es im 19. Jahrhundert. Man kam aber nicht über eine Einzylinderbauart hinaus, weil die Drehzahlregelung bei Mehrzxlindern nicht möglich war. Also auch eine Leistungssteigerung war nicht möglich.
Nur über komplizierte Ventilsteuerungen. Daher verlor man schnell das Interesse und man wandte sich den Direkteinspritzern zu.

mfgConrad

#20

Hallo,

wirklich beschäftigt hast du dich mit dem Stirling noch nicht, oder?

Was meinst Du damit? Willst Du ihn anlassen, wie einen
Lanzbulldog? Mit der Hand?
Eine Anlaßvorrichtung braucht jeder Motor, auch der Heißluft.

ein Mehrkolbenstirling kann so konstruiert werden, dass nicht alle Kolben gleichzeitig im Totpunkt stehen. Damit kann er von alleine anlaufen.

Auch eine Dampfmaschine braucht eine Steuerung, damit sie
anfährt.

eine Mehrkolbendampfmaschine kann ebenfalls so konstruiert werden. Oder meinst du, bei den alten Dampflokomotiven hätte immer jemand angeschoben?
Nur der Explosionsmotor braucht einen Anlasser, weil das Gemisch vor der Zündung komprimiert werden muss.

Auf Grund der gleichmäßigen

Verbrennung ist auch (abhängig vom Brennstoff) kein
Katalysator oder Rußfilter notwendig.

Sicher, weil er selbst keine Verbrennung erzeugt. Aber die
Wärmequelle, die den Heißluft mit heisser Luft beliefert, die
braucht Filter.

ein mit Sauerstoffüberschuß betriebener Gasbrenner produziert außer Wasser und Kohlendioxid praktisch keine Schadstoffe. Beim Explosionsmotor entstehen dagegen durch die hohen Drücke und Temperaturen zB Stickoxide.

Er läuft eben nur mit heisser Luft und die muß irgendwo
herkommen!

Die „heiße Luft“ ist im Inneren des Motors (genauer: heißes Helium bei modernen Stirlings). Von außen braucht er nur auf eine beliebige weise erhitzt und auf der anderen Seite (bei V-Motoren am anderen Kolben) gekühlt werden üblicherweise wird der Heißluftmotor NICHT mit heißer Luft beheizt. Zum Erhitzen kann zB ein Parabolspiegel dienen, der das Sonnenlicht auf die schwarz gefärbte Heiß-Seite des Motors projiziert.

Brenner! Der Heißluft selbst hat keinen brenner. Er hat eine
separate Wärmequelle und das ist das Problem.

ich sehe, du musst dich in Pseudo-Argumente flüchten. Dann sag ich mal einfach: der Explosionsmotor selbst hat keine Einspritzung. Er hat eine separate Einspritzanlage und das ist das Problem.

Für den Heißluft könnte man auch Dampfmaschinen oder
Dampfmotore bauen.

die haben aber das Problem, dass sie noch zusätzliche Aggregate haben müssen. Außerdem ist der Wirkungsgrad viel geringer. Wenn schon, dann eine Gas- / Dampfturbinenkombination wie im Kraftwerksbau üblich.

mit seiner sehr einfachen Bauweise eher günstig.

Er ist gebaut wie eine Dampfmaschine/motor, nichts einfacher.

ich habs ja gesagt. Wie der Blinde von der Farbe. Der Stirling braucht weder Schieber noch Druckleitungen, Kessel, Kondensatoren etc.

Aber der Aufwand, den er braucht, um zu laufen, ist gewaltig.

Welcher Aufwand? Brenner ein und los, mag für dich natürlich schon reichlich kompliziert sein.

Gruß, Niels

#21

wirklich beschäftigt hast du dich mit dem Stirling noch nicht,
oder?

Nein, aber einige Probeläufe größerer Heißluftmotoren mitgemacht.

ein Mehrkolbenstirling kann so konstruiert werden, dass nicht
alle Kolben gleichzeitig im Totpunkt stehen. Damit kann er von
alleine anlaufen.

Sicher, wenn alle im OT ständen, würde sich kaum etwas bewegen.

eine Mehrkolbendampfmaschine kann ebenfalls so konstruiert
werden. Oder meinst du, bei den alten Dampflokomotiven hätte
immer jemand angeschoben?

Nein, nein, sie waren und sind immer doppelwirkend. Die Kolben bekommen von beiden Seiten Dampf.

Nur der Explosionsmotor braucht einen Anlasser, weil das
Gemisch vor der Zündung komprimiert werden muss.

Na ja, beim Benziner weniger.

Die „heiße Luft“ ist im Inneren des Motors (genauer: heißes
Helium bei modernen Stirlings). Von außen braucht er nur auf
eine beliebige weise erhitzt und auf der anderen Seite (bei
V-Motoren am anderen Kolben) gekühlt werden üblicherweise wird
der Heißluftmotor NICHT mit heißer Luft beheizt. Zum Erhitzen
kann zB ein Parabolspiegel dienen, der das Sonnenlicht auf die
schwarz gefärbte Heiß-Seite des Motors projiziert.

Schon, aber damit kann er keinen Generator von einiger Leistung antreiben. Dass ein heißluftmotor sich dreht, ist bewiesen. Nur seine Leistung ist so minimal, dass man gewaltige Maschinen bauen müßte, um Leistung zu bekommen. Und das mit einem Parabolspiegel?

Aber der Aufwand, den er braucht, um zu laufen, ist gewaltig.

Welcher Aufwand? Brenner ein und los, mag für dich natürlich
schon reichlich kompliziert sein.

Ja, ist es.