نقش موتور استرلینگ در دیش استرلینگ خورشیدی

موتوراسترلینگ موتور‌های گرماکاری هستند که حرارت را تبدیل به جنبش می کنند و نسبت به موتور بنزینی و دیزلی کارآیی بیشتری دارند. امروز هچنین موتور‌هایی برای مورد‌های خاص استفاده می کنند مثل زیردریایی یا قایق خصوصی. گاز‌هایی که درون موتور استرلینگ استفاده می شود هرگز از موتور خارجی می شوند. درچنین موتور‌هایی هیچ احتراقی صورت نمی پذیرد، هیچ اگزوزی وجود ندارد و هیچ صدا یا انفجاری شنیده نمی شود به همین دلیل چنین موتور‌هایی فاقد صدا هستند. این موتور‌ها از منبع گرمای خارجی مثل آتش استفاده می کنند. گرما به گاز درون سیلندر گرمشده اضافه می شود. همین امر سبب ایجاد فشار می گردد و پیستون را به سمت پائین می برد. زمانیکه پیستون راست پائین می رود پیستون چپ به سمت بالا برده می شود. سپس گاز گرم را به سیلندر خنک شده وارد می نماید که خیلی سریع گاز را خنک می سازد و فشار آن را پائین می آورد. پیستون سیلندر خنک شده گاز را فشرده می سازد. گرمای ایجاد شده توسط چنین فشرده سازی توسط منبع خنک ساز بخار می گردد. موتور استرلینگ فقط نیرو را در مدت بخش اول چرخش به وجود می آورد. دو روش اساسی جهت افزایش نیروی خارجی چرخه استرلینگ وجود دارد: در مرحله اول، فشار گاز گرم شده بر پیستون فشار وارد می آورد. افزایش فشار در این مرحله نیروی خارجی موتور را افزایش می دهد. یک روش افزایش فشار، افزایش درجه حرارت گاز است. گاز استفاده شده در داخل موتور‌های استرلینگ هیچ وقت موتور را ترک نمی کند و مانند موتور‌های دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گاز‌های پرفشار را تخلیه می کند و محفظه احتراق وجود ندارد. به همین علت موتور‌های استرلینگ بسیار بیصدا هستند. چرخه استرلینگ از یک منبع حرارتی خارجی که می تواند هرچیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندر‌های موتور رخ نمی دهد.

سیکل استرلینگ ۴ مرحله دارد:

۱- حرارت به گاز داخل سیلندر گرم منتقل میشود (چپ) و سبب ایجاد فشار می شود این فشار پیستون را مجبور میکند تا به سمت پایین حرکت کند و این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد.
۲- هنگامی که پیستون راست به طرف پایین حرکت می کند پیستون چپ بالا می آید. این جابجایی گاز داغ را به داخل سیلندر سرد میراند، که به سرعت گاز داخل منبع سرد را سرد می کند و فشار آن کاهش می یابد. این عمل فشرده کردن گاز را در قسمت بعدی سیکل ساده تر میکند.
۳- پیستون داخل سیلندر سرد (راست) شروع به فشرده کردن گاز می کند و گرمای تولید شده توسط این متراکم سازی به وسیله ی منبع سرد حذف می شود.
۴- هنگامی که پیستون چپ پایین می رود پیستون سمت راست بالا می آید. این عمل گاز را به داخل سیلندر گرم میراند. که به سرعت گرم شده و فشار ایجاد می کند. دراین هنگام سیکل تکرار می شود. موتور استرلینگ فقط در طول مرحله اول سیکل نیرو تولید می کند.

موتور‌های استرلینگ جزو موتور‌های احتراق خارجی محسوب می شوند و دارای سیکل بسته می باشد. به این معنی که هیچ دود یا ماده ی خروجی ندارند و تنها تبادل انرژی می کنند. این موتور‌ها به دلیل نیاز به زمان گرم شدن در ابتدای کار و نوسانات کندشان قابلیت رقابت با موتور‌های احتراخ داخلی را ندارند ولی در مواردی مانند CSP‌ها بسیار مناسب می باشند. بازده کاری آن‌ها نسبتاً بالا و در حدود ۲۵ % می باشد و قابلیت بازفرآوری گرمایی اتلافی را به خوبی دارند.

هزینه تعمیر و نگهداری این موتور‌ها کم و در حدود cent/KWh 0.6 می باشد و هزینه ی اولیه آن (باتوجه به هزینه‌های جانبی نصب و ...) بالاتر از ۱۰۰۰-۲۰۰۰ $/KW است. مشکل اصلی این موتور‌ها قابلیت اطمینان پایین آن‌ها با توجه به پیچیدگی ساختمان آنهاست. برای توسعه و تجاری سازی سیستم‌های دیش استرلینگ می بایست صنعت موتور‌های استرلینگ را توسعه داد.

 

در مواردی استفاده از سیکل برایتون و توربین بخار آب نیز به جای استفاده از موتور استرلینگ مطرح است، ولی این طرح بیشتر در مرحله تئوری و تحقیقاتی قرار دارد. استفاده از توربین بخار می تواند مناسب برخی کاربرد‌های هیبریدی دیش استرلینگ باشد.