Das Pelletskraftwerk für Zuhause

ÖkoFEN arbeitet im Projekt ÖkoFEN_e an der Kombination

eines Pelletskessels mit einem Stirlingmotor.

Den ÖkoFEN Ingenieuren steht für die Integration in den Kessel ein Freikolben-Stirlingmotor der Fa. Microgen Engine Corporation zur Verfügung.

Dieser Stirlingmotor arbeitet in einem hermetisch abgeschlossenen System mit Helium als Arbeitsgas. Die Kolbenbewegung wird in einem integrierten Generator in 1 kW elektrische Energie umgewandelt. (Wechselstrom mit 50 Hz)

Die verbleibende Wärme wird für die Wohnraumbeheizung und Trinkwassererwärmung genutzt.

Microgen Stirlingmotor

Microgen Engine Corporation arbeitet seit vielen Jahren an der Entwicklung eines serienreifen Freikolben Stirlingmotors. Seit 1995 hat das Unternehmen 200 Millionen Euro in die Entwicklung des Produkts investiert. Die Anstrengungen haben sich gelohnt. Seit 2010 verfügt Microgen Engine Corporation über die weltweit einzige erfolgreiche Massenproduktion von Stirlingmotoren.

Namhafte Konzerne wie Vaillant oder Viessmann vertrauen ebenso auf den Microgen Stirlingmotor.

Der Microgen Stirlingmotor produziert Wechselstrom (50Hz) und leistet 1kW.

Aufbau

1. Stirlingkopf
2. Wärmeübertragerrippen
3. Feder
4. Verdrängerkolben
5. Wassergekühlter Bereich
6. Arbeitskolben
7. Magnetband
8. Kupferspule

Funktionsweise

Der Verdrängungskolben drückt Helium durch den Regenerator vom Kopf zum Kühler. Die Feder am gegenüberliegenden Gehäuseboden drückt den Kolben wieder nach oben. Das Helium wird abwechselnd erhitzt und abgekühlt;
es dehnt sich aus und zieht sich wieder zusammen. Dabei entsteht eine Druckwelle. Der Arbeitskolben wird durch die Druckwellen nach oben und unten bewegt. Der magnetische Arbeitskolben ist umgeben von der feststehenden Magnetspule mit Kupferwicklungen. Dadurch entsteht Wechselstrom.

Dieser Zyklus wiederholt sich 50 mal pro Sekunde.

Erste Einblicke in die Technik von ÖkoFEN_e

Bis jetzt wurden zum technischen Prinzip noch keine Details bekannt gegeben - nun gibt es die ersten Infos zum Aufbau der Strom produzierenden Pelletsheizung.

Aus ÖkoFEN_e wird nun Pellematic Smart_e.

Die Pelletsheizung mit integriertem Stirlingmotor ist eine Weiterentwicklung basierend auf der Pellematic Smart- einem Schichtspeicher mit Pelletsbrennwertmodul und Heizungshydraulik auf kleinstem Raum.

Aufgrund der guten Erfahrungen wurden auch bei der Pellematic Smart_e alle technischen Komponenten auf kleinstem Raum vereint. Der Pelletsbrenner und der Stirlingmotor von Microgen werden dabei in einen ca. 600-Liter-Schichtspeicher integriert.

Auf nur rund 1.5 m² Stellfläche und kompakt und ansprechend verpackt entsteht somit die erste Strom produzierende Pelletsheizung von ÖkoFEN.

Das Verbrennungskonzept der bereits bestehenden Smart wurde an die Anforderungen des Stirlingmotors optimiert und perfekt angepasst.

Um einen verbesserten Wärmeübergang am Erhitzerkopf des Stirlingmotors (= Wärmeübergang vom Rauchgas auf den Stirlingmotor) zu erzielen wurde zusätzlich eine spezielle Anströmeinheit entwickelt.

Da es brennstoffbedingt zu Verunreinigungen am Erhitzerkopf kommen kann, wurde zudem eine vollautomatische Reinigungseinrichtung für den Erhitzerkopf entwickelt und bereits erfolgreich am Prüfstand getestet.

Warum wird diese Kraft-Wärme-Kopplungsanlage in Kombination mit einem Pufferspeicher ausgeführt?

Neben der platzsparenden Bauweise und geringeren Wärmeverlusten durch die Integration von Pelletsbrenner und Stirlingmotor in den Schichtspeicher können auch die Laufzeiten der Smart_e optimiert werden. Durch die längeren Laufzeiten der Anlage kann gleichzeitig bei Beladung des Schichtspeichers mit Wärme mehr Ökostrom erzeugt werden. Der Pufferspeicher dient dabei als Wärmeenergiespeicher und entkoppelt die Wärmeerzeugung vom tatsächlichen Wärmeverbrauch. Somit kann die Smart_e auch betrieben werden wenn beispielsweise Ökostrom benötigt wird, aber zum selben Zeitpunkt kein Wärmebedarf im Haushalt vorhanden ist.

Bei allen am Markt verfügbaren Gas-mKWK-Geräten (beispielsweise von Viessmann, Vaillant, Bösch) wird im Übrigen ein externer Pufferspeicher vorgeschrieben. Unsere bisherigen Erfahrungen mit der Pellematic Smart haben gezeigt, dass ein integrierter Pufferspeicher bezogen auf den Platzbedarf und die Investitionskosten viele Vorteile aufweist.