太阳能驱动β型斯特林发动机的设计、制造与发电性能评估

为应对传统能源枯竭问题，孟加拉国研究人员开展了太阳能β型斯特林发动机的研发。该研究通过优化热力学参数实现40.3%热效率和15.03%电效率，在180秒内达到2680 rpm转速并输出4.68 W功率，为可再生能源转换提供了高效解决方案。

　　

在全球能源转型的背景下，传统化石燃料的日益枯竭与环境污染问题日益凸显。据研究显示，仅水力发电和风能每年就能分别减少约25万和12万公吨CO₂排放，这使得可再生能源开发成为当务之急。然而现有技术普遍存在能量转换效率低、系统稳定性不足等瓶颈，特别是太阳能利用领域亟需突破性解决方案。正是在这样的背景下，来自孟加拉国哈吉·穆罕默德·达内什科学技术大学和孟加拉国陆军科学技术大学的研究团队，在《Clean Energy》发表了关于β型太阳能斯特林发动机的突破性研究。

该研究创新性地采用氦气作为工作流体，结合菲涅尔透镜聚光系统，通过SolidWorks设计并制造了包含脉冲管、喷嘴、飞轮等核心部件的发动机系统。关键技术包括：1）使用红外热电偶监测308-516 K温度梯度；2）采用转速计记录0-2680 rpm动态性能；3）基于施密特模型计算2.88压缩比；4）通过菲涅尔透镜实现22,768 lux光强聚焦。这些方法为系统性能评估提供了多维数据支撑。

【热室与冷室温度】研究显示，热室温度在180秒内从308 K升至516 K，而冷室保持308 K稳定状态，形成208 K关键温差驱动斯特林循环。这种显著的温度梯度是系统高效运行的基础。

【电压输出特性】电压生成呈现明显的时间依赖性，在初始阶段保持稳定后，于120-180秒区间从1.2 V跃升至2.6 V，证实了能量转换的累积效应。

【转速与功率关系】发动机在150-180秒实现性能拐点，转速从1910 rpm飙升至2680 rpm，对应功率输出从2.47 W提升至4.68 W，验证了系统动态响应能力。

【光强影响机制】正午13:00的22,768 lux峰值光强与系统最佳性能时段高度吻合，揭示了太阳辐射强度与能量输出的直接相关性。

【效率突破】该系统实现40.3%热效率（η_th）和15.03%电效率（η_e），远超同类低温差斯特林发动机3.06 W/215 rpm的基准水平。通过采用不锈钢脉冲管和铝制飞轮的轻量化设计，系统在3.697 bar工作压力下展现出卓越的稳定性。

这项研究的核心价值在于：1）证实β型结构在太阳能转换中的优越性；2）建立温度梯度-转速-功率的量化关系模型；3）为分布式能源系统提供可扩展方案。特别是将菲涅尔透镜与氦气再生器结合的创新设计，使系统兼具22%理论卡诺效率与工程可实现性。研究人员Md. Alamgir Hossain等指出，该技术未来在微电网和热电联产领域具有重大应用潜力，其模块化设计更可适配不同规模场景。这项成果不仅为可再生能源转换提供了新范式，更推动了斯特林发动机从实验室走向实际应用的关键突破。