愛華網“斯特林”太陽能發(fā)電裝置是將太陽能轉化為電能的一種新型動力裝置。原理是自動跟蹤太陽能聚光鏡將太陽光聚焦于發(fā)動機頭部，加熱高壓氫氣膨脹推動活塞做功，通過曲柄連桿機構帶動發(fā)電機轉化成電能輸出。
大功率地搜集匯聚太陽能，用“斯特林”熱機帶動發(fā)電機發(fā)電，能夠大功率地利用太陽能發(fā)電，是人類利用太陽能這種可再生能源的一種很好的方式。
太陽能“斯特林”發(fā)電系統(tǒng)由幾個部分組成，主要是：一是太陽能全自動跟蹤接收匯聚反射部分；二是太陽能的聚焦能量接收傳導轉換熱管等部分；三是熱能儲存器部分，比如mgh2/mg儲存器之類；四是“斯特林”熱機；五是由“斯特林”發(fā)動機驅動的發(fā)電機。
在這個系統(tǒng)中生產制造難度最大的部分是這個在各類熱機中效率最高的斯特林熱機，“斯特林”發(fā)動機部分的靜特性、動特性的系統(tǒng)參量分析計算設計、工藝性難度較高的加工制造、特種材料、熱機工質等都是世界性難題，通過“斯特林”熱機的研究設計加工制造，會大大促進機械行業(yè)的技術進步。
這個系統(tǒng)中的太陽能全自動跟蹤接收匯聚反射部分也有一定的研究工作量，大面積的匯聚反射鏡，可以采用正面鏡或者背面鏡，比如玻璃背面鏡可以用高質量的厚度較小的高硅硼玻璃在600多度的度下，用模具加工成拋物線曲面之類的成型玻璃，在背面涂鍍銀層或鋁層，成為高反射率的太陽能匯聚反射板。
由于“斯特林”熱機及太陽能接收轉換熱管等部分是不動的，把移動的太陽能穩(wěn)定地匯集聚焦到不動的接收器上，要有一套自動跟蹤裝置，這種跟蹤裝置應該是以太陽為目的物的主動尋的雙通道閉環(huán)跟蹤裝置。這種裝置的一種設計是將四個、五個光敏或熱敏傳感器件置于太陽能需接收位置，傳感器四個位置信息經a/d轉換后送給mcu處理后，通過接口電路把動作指令送至伺服機構，將聚焦射線偏離的反射鏡移向正確的位置。采用mcu這種嵌入式cpu的控制意圖主要由程序語言來確定，由時鐘程序作用，加入起控程序和一天運行終結后返回程序后，可以穩(wěn)定地長期自動運行發(fā)電；還可以加入度檢測控制和液位檢測控制等等。這種設計電路和程序在實際應用中效果較好。
“斯特林”太陽能發(fā)電是很有價值的項目，經過努力我們相信在不久的將來，“斯特林”太陽能發(fā)電會進入電力網供電，到那時我們再也不用燒煤或浪費其它能源了。外燃機是一種外燃的閉式循環(huán)往復活塞式熱力發(fā)動機，有別于依靠燃料在發(fā)動機內部燃燒獲得動力的內燃機。新型外燃機使用氫氣作為工質，在四個封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒，也不更換。
由于外燃機避免了傳統(tǒng)內燃機的震爆做功問題，從而實現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運行成本。外燃機可以燃燒各種可燃氣體，如：天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽能等。只要熱腔達到700℃，設備即可做功運行，環(huán)境溫度越低，外燃機最大的優(yōu)點是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。
但是，斯特林發(fā)動機還有許多問題要解決，例如膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內燃發(fā)動機的2-3倍等。所以，還不能成為大批量使用的發(fā)動機。
斯特林發(fā)動機目前有報道，已經開始研究在計算機主板的散熱風扇上使用，通過北橋芯片的發(fā)熱來帶動斯特林發(fā)動機，以此來給硬件降溫，該研究還處于研究階段（2008.04.11）。
熱氣機(StirlingEngine)是一種由外部供熱使氣體在不同溫度下作周期性壓縮和膨脹的閉式循環(huán)往復式發(fā)動機，由蘇格蘭牧師RobertStirling在十九世紀初發(fā)明，所以又稱斯特林發(fā)動機。相對于內燃機燃料在氣缸內燃燒的特點熱氣機又被稱作外燃機。現(xiàn)在熱氣機特指按閉式回熱循環(huán)工作的熱機，不包括斯特林熱泵或斯特林制冷機。
熱氣機工作原理
熱氣機是一種外燃的、閉式循環(huán)往復活塞式熱力發(fā)動機。
熱氣機可用氫、氮、氦或空氣等作為工質，按斯特林循環(huán)工作。在熱氣機封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹作功燃料在氣缸外的燃燒室內連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒，也不更換。
已設計制造的熱氣機有多種結構，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個領域進行應用。試驗熱氣機的功率傳遞機構分為曲柄連桿傳動、菱形傳動、斜盤或擺盤傳動、液壓傳動和自由活塞傳動等。
按缸內循環(huán)的組成形式分，熱氣機主要有配氣活塞式和雙作用式兩類。在一個氣缸內有兩個活塞作規(guī)律的相對運動，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回熱器和加熱器連接，配氣活塞推動工質在冷熱腔之間往返流動。
熱力循環(huán)可以分為定溫壓縮過程、定容回熱過程、定溫膨脹過程、定容儲熱過程四個過程。
改良的單缸斯特林發(fā)動機示意http://202.108.15.245/boardfile/mil/20066/20060209083142.gif
已設計制造的熱氣機有多種結構，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個領域進行應用。試驗熱氣機的功率傳遞機構分為曲柄連桿傳動、菱形傳動、斜盤或擺盤傳動、液壓傳動和自由活塞傳動等。
美國STM公司的民用25KW外燃機
按缸內循環(huán)的組成形式分，熱氣機主要有配氣活塞式和雙作用式兩類。配氣活塞式熱氣機，在一個氣缸內有兩個活塞作規(guī)律的相對運動，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回熱器和加熱器連接，配氣活塞推動工質在冷熱腔之間往返流動；雙作用式熱氣機，每個氣缸內只有一個活塞，兼起配氣活塞和動力活塞的作用。各缸的上部為熱腔，下部為冷腔。各熱腔經加熱器、回熱器和冷卻器與鄰缸的下部冷腔連接，組成一個動力單元。
日本親潮級潛艇使用的斯特林發(fā)動機原理圖
熱力循環(huán)可以分為定溫壓縮過程、定容回熱過程、定溫膨脹過程、定容儲熱過程四個過程。
兩缸外燃機工作原理http://202.108.15.245/boardfile/mil/20066/20060209085020.gif
與內燃機比較熱氣機所具備的優(yōu)點：
適用于各種能源，無論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當采用載熱系統(tǒng)(如熱管)間接加熱時，幾乎可以使用任何高溫熱源(太陽能放射性同位素和核反應等)，而發(fā)動機本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時熱氣機無需壓縮機增壓，使用一般風機即可滿足要求，并允許燃料具有較高的雜質含量。
熱氣機在運行時，由于燃料在氣缸外的燃燒室內連續(xù)燃燒，獨立于燃氣的工質通過加熱器吸熱，并按斯特林循環(huán)對外做功，因此避免了類似內燃機的震爆做功和間歇燃燒過程，從而實現(xiàn)了高效、低噪和低排放運行。高效：總能效率達到80%以上；低噪：1米處裸機噪音底于68dBA；低排放：尾氣排放達到歐5標準。
熱氣機單機容量小，機組容量從20－50kw，可以因地制宜的增減系統(tǒng)容量。結構簡單，零件數(shù)比內燃機少40％，降價空間大，同時維護成本也較低。
熱氣機尚存在的主要問題和缺點是制造成本較高，工質密封技術較難，密封件的可靠性和壽命還存在問題，功率調節(jié)控制系統(tǒng)較復雜，機器較為笨重。
熱氣機的未來發(fā)展將更多的應用新材料(如陶瓷)和新工藝，以降低造價；對實際循環(huán)進行理論研究，完善結構，提高性能指標；在應用方面，正大力研究汽車用的大功率燃煤熱氣機、太陽能熱氣機和特種用途熱氣機等。
熱氣機分為單缸、2缸、4缸等形式；單缸熱氣機的燃燒室與冷卻器共一室，需要交替向燃燒室中注入燃氣、燃燒、排氣、注入冷卻氣體等循環(huán)過程，驅動活塞上下運動帶動曲軸轉動，由于燃燒室需要交替使用，與一般的內燃機一樣復雜，很少再發(fā)展。2缸熱氣機的燃燒、冷卻過程完全連續(xù)，1個汽缸加熱、1個冷卻，工質在2個氣缸中密閉循環(huán)，反復被加熱冷卻，活塞在熱氣驅動下上下運動驅動曲軸旋轉。4缸熱氣機的氣缸上部加熱、下部冷卻，或相反，工質在相鄰兩個氣缸的上下部間循環(huán)，4個活塞交替上下，直接驅動斜盤轉動，工作最為平順。
4缸型的斯特林發(fā)動機
熱氣機的應用
隨著全球能源與環(huán)保的形勢日趨嚴峻，熱氣機由于其具有多種能源的廣泛適應性和優(yōu)良的環(huán)境特性已越來越受到重視，所以，在水下動力、太陽能動力、空間站動力、熱泵空調動力、車用混合推進動力等方面得到了廣泛的研究與重視，并且已得到了一些成功的應用。熱氣機推廣中的3個方向包括：
熱電聯(lián)產充分利用它環(huán)境污染小和可使用多種燃料及易利用余熱的特點，用于熱電聯(lián)產可取得更高的熱效率和經濟效率。
四聯(lián)裝余熱回收系統(tǒng)
低能級的余熱回收利用對燃燒系統(tǒng)稍加改進便可利用工場余熱、地熱和太陽能進行發(fā)電或直接驅動水泵，可取得更大的節(jié)能效益。
移動式動力源通過對發(fā)動機的小型化和輕量化，并改善其控制性能后，亦可以作為推土機、壓路機等車輛的動力。
注意斯特林發(fā)動機的發(fā)明時間是1816，是和蒸汽機差不多的古老的發(fā)動機，多年沒有引起人們的重視，斯特林發(fā)動機的幾個特性是非常適合潛艇的，首先是燃燒連續(xù)，由于工質不燃燒，因此沒有內燃機的爆震現(xiàn)象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃燒室在外，燃燒的過程與工質無關，或者說只要有熱源、冷源就能工作，無論燒煤燒碳都可以，只要能發(fā)熱就行；
在凡爾納的科幻小說《海底兩萬里》中，那艘著名的潛艇諾第留斯號的動力就是斯特林發(fā)動機，他的熱源是采用鈉與水反應生熱，說明凡爾納具有多么的科學遠見。
海底兩萬里漫畫
斯特林（RobertStirling，1790—1878）
英國物理學家，熱力學研究專家。
斯特林對于熱力學的發(fā)展有很大貢獻。他的科學研究工作主要是熱機。熱機的研制工作，是18世紀物理學和機械學的中心課題，各種各樣的熱機殊涌而出，不斷互相借鑒，取長補短，熱機制造業(yè)興旺起來，工業(yè)革命處于高潮時期。
隨著熱機發(fā)展，熱力學理論研究提到了重要位置，不少科學家致力于熱機理論的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循環(huán)，是重要的熱機循環(huán)之一，亦稱“斯特林熱氣機循環(huán)”。這種循環(huán)，是封閉式的，采用定容下吸熱的氣體循環(huán)方式。循環(huán)過程是：①等容吸熱加熱；②由外熱源等溫加熱；③等容放熱，供吸熱用；④向冷體等溫放熱，完成一個循環(huán)。在理想吸熱的條件下，這種循環(huán)的熱效率，等于溫度上下限相同的卡諾循環(huán)。利用這種循環(huán)的“斯特林熱機”，具有很多特點，如采用外燃，或外熱源供熱等。由于這種循環(huán)是封閉式循環(huán)，可采用傳熱性能好的工質，同時，工質的腐蝕性也可以很小，如氮氣、氫氣等氣體。充入的氣體工質，還可以加大壓力，視封閉系統(tǒng)的情況，能夠采用遠遠大于大氣壓力的高壓氣體工作，這樣可以提高發(fā)動機的單位重量的功率，減小發(fā)動機的體積和重量。斯特林熱機在逆向運轉時，可以作為制冷機或熱泵機，這種設想在現(xiàn)代已進入了實用研究階段。
斯特林循環(huán)熱空氣發(fā)動機不排廢氣，除燃燒室內原有的空氣外，不需要其他空氣，所以適用于都市環(huán)境和外層空間。
18世紀末和19世紀初，熱機普遍為蒸汽機，它的效率是很低的，只有3％一5％左右，即有95％以上的熱能沒有得到利用。到1840年，熱機的效率也僅僅提高到8％。斯特林對于熱力學理論的研究，就是從提高熱機效率的目的出發(fā)的。他所提出的斯特林循環(huán)的效率，在理想狀況下，可以無限提高。當然受實際可能的限制，不可能達到100％，但提供了提高熱效率的努力方向。
