Was ist ein Stromgenerator und wie funktioniert er?

Stromgeneratoren sind im Grunde kleine Kraftwerke. Mit ihnen können ihre Nutzer vor Ort Strom erzeugen, als Ersatz oder ergänzend zum Strom aus dem Stromnetz. Generatoren arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie große thermische Kraftwerke: Beide verbrennen Kraftstoff, um Bewegung, also mechanische Energie, zu erzeugen und diese in elektrische Energie umzuwandeln. Generatoren bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einem Verbrennungsmotor und einer Lichtmaschine.

Genau wie der Verbrennungsmotor eines Autos benötigt auch der Motor eines Generators Kraftstoff, um zu funktionieren. Diesel, Erdgas, Propan, Benzin und Bio-Kraftstoffe sind gängige Optionen. Die Kraftstoffverbrennung wird genutzt, um auf folgende Weise eine Drehbewegung in einer Kurbelwelle zu erzeugen:

Luft und Kraftstoff werden im Inneren eines Zylinders vermischt und entzünden sich. Die Verbrennung verursacht eine kleine Explosion, durch die der Kolben im Zylinder sich hebt und wieder senkt. Der Kolben ist an einer Kurbelwelle aufgesetzt. Wenn sich der Kolben bewegt, dreht sich die Kurbelwelle. Mehrere Kolben, die nacheinander arbeiten, erzeugen eine gleichmäßige Drehbewegung der Kurbelwelle. In einem Auto wird diese Bewegung genutzt, um das Auto anzutreiben. In einem Generator wird sie zur Stromerzeugung verwendet.


Wie erzeugt ein Generator Strom?

Die vom Motor erzeugte Rotationsbewegung setzt sich in der zweiten Hauptkomponente fort, der Lichtmaschine. Die Lichtmaschine wandelt eine Energieform, die kinetische Rotationsenergie, in Elektrizität um, indem sie die Eigenschaften der elektromagnetischen Induktion nutzt. Das ist das physikalische Phänomen, durch das variable Magnetfelder elektrische Ströme erzeugen. Die Lichtmaschine besteht aus zwei Teilen, einem Stator und einem Rotor. Der Stator ist ein Gehäuse, das aus vielen Kupferwicklungen besteht. Dreht sich der Rotor im Inneren des Stators, dreht sich auch sein Magnetfeld. Das rotierende Magnetfeld bringt die Elektronen im Stator in Bewegung, so wird ein elektrischer Strom erzeugt.


Komponenten eines Stromgenerators

Neben dem Generator und der Lichtmaschine enthält ein Stromgenerator weitere Komponenten, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb sorgen. Ein Kraftstoffsystem sorgt dafür, dass der Motor des Generators kontinuierlich mit Kraftstoff versorgt wird. Bei kleineren Generatoren kann das Kraftstoffsystem so einfach sein wie ein Kraftstofftank und ein Kraftstofffilter. Der Generator muss auch Strom mit der richtigen Spannung liefern. Daher sorgt ein Spannungsregler dafür, dass die richtige Spannung erreicht und beibehalten wird. Teile des Generators werden während des Betriebs heiß. Um eine Überhitzung zu vermeiden, ist ein Kühlsystem erforderlich. Kleinere Generatoren sind in der Regel luftgekühlt, größere Generatoren müssen mit Wasser gekühlt werden. Schließlich brauchen wir noch die Abgasanlage, die die heißen Verbrennungsgase ableitet. Katalysatoren, Staubfilter oder Dampfsiebe können hinzugefügt werden, um die Abgase zu reinigen. Bei größeren Generatoren, die in Anwendungen zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, können die Abgase zur Warmwasserbereitung genutzt werden, z. B. im Rahmen eines Fernwärmesystems. Die Kraftstoffenergie wird also sowohl in elektrische Energie als auch in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt. Die Effizienz der Maschine wird dadurch optimiert.

Des Weiteren gibt es in der Regel ein Ölsystem für die Schmierung, eine Batterie für die Zündung, einen Lademechanismus für die Batterie, ein Bedienfeld für die Kontrolle der verschiedenen Anzeigen und Parameter des Geräts und den Rahmen, in dem alle Komponenten des Geräts untergebracht sind.

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Diesel-Generatoren im Vergleich zu Propan- und Erdgas-Generatoren

Generatoren können mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden, von schwerem Heizöl bis zu Propangas. Die Entscheidung, welcher Kraftstoff verwendet werden soll, hängt von verschiedenen Faktoren ab: den Kosten des Generators, dem Preis des Kraftstoffs, der Verfügbarkeit des Kraftstoffs, Überlegungen zur Lagerung des Kraftstoffs, dem Emissionsprofil des jeweiligen Kraftstoffs und Lärmschutzauflagen. Generatoren können für unterschiedliche Kraftstoffe ausgelegt sein, von Naphtha bis zu Biokraftstoffen. Die gängigsten Kraftstoffe sind jedoch Diesel, Propan und Erdgas.


Was sind Diesel-Generatoren und wie funktionieren sie?

Genau wie Automotoren unterscheiden sich auch Generatormotoren je nach verwendetem Kraftstoff. Dieselmotoren gehören zu den Kompressionszündungsmotoren. Solche Motoren zünden den Kraftstoff, indem sie ihn über seine Selbstzündungstemperatur hinaus erhitzen. Die relativ niedrige Selbstentzündungstemperatur von Dieselkraftstoff bei 410°F macht diesen ideal für, nun ja, für Dieselmotoren. Um kleinere Dieselmotoren zu starten, drückt meist ein elektrischer Anlasser die Kolben des Motors an, verdichtet dadurch die Luft in den Zylindern des Motors und erhöht dessen Temperatur. Dieser Vorgang läuft beim Anlassen des Motors ab. Wenn die Temperatur im Inneren eines Zylinders die Selbstzündungstemperatur des Kraftstoffs erreicht, wird der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt und entzündet sich sofort. Dadurch wird der Kolben zurückgeschoben (wobei sich ein Auslassventil öffnet, um das Gas auszustoßen) und die Kurbelwelle bewegt. Die anderen Zylinder zünden ebenfalls, wodurch die Drehbewegung entsteht, die zur Stromerzeugung und zur Aufrechterhaltung des Selbstzündungszyklus des Motors erforderlich ist.

Im Gegensatz dazu spritzen Benzinmotoren Luft und Kraftstoff gleichzeitig in ihre Zylinder ein und benötigen zur Entzündung einen Zündfunken. Durch den einfachen Zündmechanismus sind Dieselmotoren in der Regel sehr zuverlässig und langlebig. Da keine Zündkerzen zum Einsatz kommen, entstehen auch keine störenden Funkfrequenzen, die empfindliche elektronische Ausrüstungen beeinträchtigen könnten. Dank ihres hohen Verdichtungsverhältnisses sind Dieselmotoren auch bei geringerer Last sehr effizient.

Wussten Sie, dass in der United States National Radio Quiet Zone nur Fahrzeuge mit Dieselmotoren zugelassen sind? Die United States National Radio Quiet Zone ist eine große geschütztes Zone in Virginia und West Virginia, in der Richtlinien für eingeschränkte Funkemissionen gelten, um Störungen der dort stationierten Radioteleskope zu vermeiden. (Die Verwendung von Handys, WLAN und Mikrowellenöfen ist ebenfalls untersagt.)



Was sind Propan-Generatoren und wie funktionieren sie?

Der Kraftstoff Propan ist eine weitere sehr gute Wahl für Generatoren. Ebenso wie Benzinmotoren arbeiten auch Propanmotoren nach dem Funkenzündungsprinzip. Propanmotoren spritzen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in die Zylinder des Motors, wo eine Zündkerze das Gemisch entzündet.

Propan bietet verschiedene Vorteile, durch die sich Propan-Generatoren besonders gut für Anwendungen in Privathaushalten zur Notstromversorgung eignen. Bei Benzin und Diesel kann es sein, dass sie nach ein paar Jahren nicht mehr einwandfrei funktionieren, und wenn ein Kanister mit einem dieser Kraftstoffe im Haus aufbewahrt wird, können Dämpfe entstehen. Auch können Benzin und Diesel verschüttet werden. Derartige Säuberungsaktionen gestalten sich oft recht schwierig. Im Gegensatz dazu kann Propan unbegrenzt gelagert werden. Auch die Gefahr des Auslaufens besteht hier nicht. Viele Hauseigentümer verfügen ohnehin bereits über eine Propanflasche, so dass die Notwendigkeit entfällt, einen zusätzlichen Kraftstoffbehälter im Haus aufzubewahren.


Was sind Erdgas-Generatoren und wie funktionieren sie?

Erdgas-Generatoren sind den Propangas-Generatoren sehr ähnlich. Beide benötigen Zündkerzen und beide haben saubere Emissionsprofile. Die Verwendung von Erdgas ist in der Regel nur an Orten sinnvoll, die an ein Erdgasverteilernetz angeschlossen sind, so dass eine Selbstlagerung selten in Betracht gezogen wird. In ländlichen Gebieten ist das oft anders.

Erdgas-Generatoren eignen sich gut für gewerbliche und industrielle Anwendungen, bei denen eine zuverlässige Versorgung mit Erdgas gegeben ist. In den Vereinigten Staaten ist Erdgas in der Regel sehr günstig und wird fast überall angeboten. Bei umfangreichen Anwendungen, bei denen große Mengen an Kraftstoff verbraucht werden, ist es ein großer Vorteil, den Kraftstoff nicht vor Ort lagern zu müssen. Da Erdgas zudem sehr sauber verbrennt, sind die Umweltvorschriften für Erdgas-Generatoren in der Regel deutlich weniger restriktiv als die für Generatoren mit flüssigem Kraftstoff. Daher können sie manchmal flexibler eingesetzt werden als Diesel- oder Benzin-Generatoren.
 

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Standby-Generatoren im Vergleich zu Primärstrom-Generatoren und Dauerstrom-Generatoren

Eines der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines Generators hängt davon ab, wofür Sie ihn verwenden möchten. Generatoren sind für bestimmte Verwendungszwecke und unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich leistungsfähig. Die Wahl des richtigen Generators für die jeweilige Arbeit ist vergleichbar mit der Wahl der richtigen Batterien in einem Wohnmobil: Eine Batterie startet den Motor des Wohnmobils und muss daher einen kurzen, aber effektiven Stromstoß abgeben, während die Batterie für den Betrieb der Beleuchtung und des Kühlschranks bei Freizeitanwendungen über einen längeren Zeitraum eine geringe Strommenge abgeben muss.

Generatoren können auf die gleiche Weise betrachtet werden. Wird der Strombedarf für kurze Zeit sehr hoch oder für längere Zeit ziemlich hoch sein, oder wird der Generator ständig in Betrieb sein? Es gibt drei Hauptkategorien für den Einsatz von Generatoren: Standby, Primärstromversorgung und Dauerstrom.

Viele Generatoren werden heute in Modulbauweise hergestellt und bieten so die Möglichkeit zur Wahl der besten Kombination von Motor und Lichtmaschine für die jeweilige Anwendung.

Ein einzelner Generator kann für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden und je nach Anwendung unterschiedliche Leistungsangaben auf dem Typenschild aufweisen. Mit anderen Worten, derselbe Generator könnte in einer Anwendung, z. B. im Notbetrieb, 100 % seiner maximalen Nennleistung erbringen, im Dauerbetrieb jedoch nur 70 %.

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Was ist ein Standby-Generator und wie funktioniert er?

Ein Standby-Generator ist so konzipiert, dass er im Falle eines Stromausfalls die Stromversorgung eines Standorts übernimmt, und zwar so lange, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist. Krankenhäuser, Rechenzentren, Regierungsgebäude, Büros und viele andere Gebäude benötigen Standby-Generatoren, um den Betrieb entscheidender Dienste in jedem Fall zu gewährleisten. Darüber hinaus müssen auch weniger bedeutende, doch auch wichtige Dienste wie die Hotelbeleuchtung und die Klimaanlage im Falle eines Stromausfalls aufrechterhalten werden. Standby-Generatoren müssen innerhalb von Sekunden oder wenigen Minuten einsatzbereit sein, je nachdem, wie kritisch die Anwendung ist. Sie sind für einen begrenzten Einsatz und einen schnellen, leistungsstarken Start ausgelegt.


Was ist eine Primärstromversorgung, und wie funktioniert sie?

Generatoren zur Primärstromversorgung sind für variable Belastung und unbegrenzte Nutzung ausgelegt. Sie werden in Situationen eingesetzt, in denen Strom in wechselnden Mengen benötigt wird. Ein Beispiel wären Aktivitäten im Randbereich eines Standorts, wo es keinen Strom gibt, z. B. um einen Portalkran in einem Hafen mit Strom zu versorgen oder um ein Gebäude während der Spitzenzeiten mit zusätzlichem Strom zu versorgen. Für gewerbliche und industrielle Anwender kann der Einsatz von Generatoren der Primärstromversorgung während der Spitzenlastzeiten ein effektiver Weg sein, um die Gebühren des Energieversorgers zu reduzieren oder zu eliminieren. In einigen Fällen können Primärstromversorgungen diesen Anwendern eine Ausweitung ihrer Aktivitäten ermöglichen, ohne dass sie ein kostspieliges Upgrade ihrer Netzanschlussinfrastruktur vornehmen müssen. Maschinen der Primärstromversorgung sind nicht für den Volllastbetrieb konzipiert, sondern für die flexible Anpassung an die Nachfrage zu verschiedenen Tageszeiten.


Was ist ein Generator für Dauerstrom und wie funktioniert er?

Kontinuierlich arbeitende Generatoren sind Kraftpakete, die eine permanente Stromversorgung gewährleisten. Kontinuierlich arbeitende Generatoren werden dort benötigt, wo es kein zuverlässiges Stromnetz gibt, z.B. in abgelegenen Bergbaugebieten oder an Bord von Schiffen.

Es gibt konstruktive Unterschiede zwischen Generatoren, die für verschiedene Zwecke hergestellt werden. Primärstromversorgungs- und Dauerstromgeneratoren verfügen beispielsweise über größere Kühlsysteme und werden in der Regel mit niedrigeren Drehzahlen betrieben, um ihre Lebensdauer zu verlängern, wogegen Standby-Generatoren schnellere Geschwindigkeiten benötigen, um schnell anzulaufen.


Generatoren für Haushalte im Vergleich zu gewerblichen oder industriellen Generatoren

Wie funktioniert ein Generator für Haushalte?

Generatoren für Haushalte sind kleiner als die Generatoren, die in gewerblichen und industriellen Anwendungen eingesetzt werden, funktionieren aber auf die gleiche Weise und haben auch die gleichen Komponenten. Die beste Art, einen Generator zu Hause zu installieren, ist, ihn an die Hauptschalttafel des Hauses anzuschließen, damit er bei Bedarf alle Stromkreise des Hauses versorgen kann. Dies geschieht mit einem sogenannten Transferschalter. Der Transferschalter verhindert, dass der Strom vom Generator in die Stromleitungen eingespeist wird. So wird verhindert, dass die Mitarbeiter des Versorgungsunternehmens bei Arbeiten an den Leitungen einen Stromschlag durch den privaten Generator eines Haushalts erleiden.

Die meisten Haushalte nutzen Generatoren als Standby-Strom. Im Falle eines Stromausfalls erkennt der Generator den Stromausfall und schaltet sich automatisch ein, normalerweise innerhalb von Sekunden.

Mobile Generatoren sind kleinere Versionen von Generatoren für Haushalte und verfügen über einen Motor, der etwa halb so groß ist wie der Motor eines Rasenmähers. Es sind zahlreiche mobile Generatoren mit einem Gewicht von 50 Pfund oder weniger erhältlich. Sie sind mobil und eignen sich daher gut für Campingausflüge, Grillpartys und Bauvorhaben.

Moderne mobile Generatoren sind mit Standard-Wechselstromsteckdosen und USB-Ladeanschlüssen ausgestattet. Einige verfügen sogar über eine Bluetooth-Verbindung und eine App, mit der Anwender den Status des Generators auf einem Smartphone überprüfen können. cAndere haben integrierte Batterien, die für einige Zeit Strom liefern, ohne dass Sie den Motor anlassen müssen. Mobile Generatoren dürfen niemals in Innenräumen, Fahrzeugen oder Zelten verwendet werden, da sie tödliches Kohlenmonoxid freisetzen können.


Wie finde ich die passende Generatorgröße für meinen Haushalt?

Selbst ein kleiner Generator reicht in der Regel aus, um alle Lampen, elektronischen Geräte und Kleingeräte eines Haushalts zu betreiben. Um Geräte, die viel Strom verbrauchen, wie z. B. Elektroherde oder elektrische Bodenleisten, weiterhin in Betrieb zu halten, kann ein größerer Generator erforderlich sein. Die Größe eines Generators für Ihren Haushalt hängt davon ab, wie viel Strom Sie verbrauchen. Sie können unseren Größenrechner für Generatoren verwenden, um Ihren Bedarf zu ermitteln.

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Wie funktionieren gewerbliche Generatoren?

Gewerbliche Generatoren funktionieren wie oben beschrieben und können mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden. Gängige gewerbliche Anwendungen sind die Bereitstellung von Standby-Strom im Bereich Gesundheitswesen und in Datenzentren. Krankenhäuser benötigen eine zuverlässige Stromerzeugung, denn jeder Stromausfall kann den Verlust von Menschenleben bedeuten, da für lebenserhaltende Systeme und die Operationssäle eine kontinuierliche Stromversorgung notwendig ist. Rechenzentren benötigen auch eine zuverlässige Stromversorgung, da ein Stromausfall wichtige Regierungs- und Geschäftsdaten gefährden könnte. Es gibt viele andere gewerbliche Bereiche, die sich für die Verwendung von Generatoren als Standby-Strom entscheiden, von Hotels über Schulen bis hin zu gewerblichen Bürogebäuden.

Generatoren werden auch zur kontinuierlichen Stromversorgung in gewerblichen Umgebungen und Institutionen eingesetzt, zum Beispiel in Systemen zur Kraft-Wärme-Kopplung in Blockheizkraftwerken. Wenn ein großes Gebäude oder ein Campus nicht nur Strom, sondern auch Wärme benötigt, ist es sinnvoll, einen Generator einzusetzen. Denn wenn Kraftstoff in einem Generator oder in einem Kraftwerk in Strom umgewandelt wird, geht sonst etwa die Hälfte der Energie als Wärme verloren. Anstatt diese Wärme zu verschwenden, wird sie bei der Kraft-Wärme-Kopplung genutzt, um das Gebäude warm zu halten und gleichzeitig Strom zu erzeugen.


Welche Größe eines gewerblichen Generators benötige ich?

Die Größe des Generators hängt von der Anwendung ab. Sorgen Sie dafür, dass die Nennleistung dem Einsatz für Standby-, Primärstromversorgung oder Dauerstromanwendungen entspricht. Sie können unsere branchenführende Lösung PowerSuite nutzen, um Ihren Bedarf an Stromerzeugung zu ermitteln.


Wie funktionieren industrielle Generatoren?

Industrielle Generatoren funktionieren auf die gleiche Weise wie oben beschrieben, sind aber in der Regel robuster konstruiert, so dass sie auch in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden können. Generatoren, die zum Beispiel im Bergbau eingesetzt werden, können sehr staubigen Bedingungen ausgesetzt sein und benötigen daher ausgereiftere Komponenten zur Luft- und Kraftstofffilterung. Generatoren, die in chemischen und petrochemischen Anlagen eingesetzt werden, können in korrosivem oder explosivem Umfeld betrieben werden und erfordern daher entsprechende Sicherheitsvorkehrungen. Außerdem können bei industriellen Generatoren erhöhte Zuverlässigkeitsstufen erforderlich sein. Bei Öl- und Gasbohrungen zum Beispiel können an einem einzigen Tag Verluste in Höhe von mehreren zehntausend, sogar hunderttausend Dollar entstehen, falls die Stromversorgung vor Ort nicht verfügbar ist. Im Bergbau kann ein Stromausfall den Verlust der Belüftung in der Mine bedeuten, und somit das Leben der Arbeiter unter Tage gefährden. Industrielle Generatoren müssen so konfiguriert werden, dass sie die benötigte Kombination aus Standby-, Primärstromversorgung und Dauerleistung liefern, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Die Anforderungen an einen Generator, der die Beleuchtung in einem Bürogebäude im Mittleren Westen aufrechterhält, unterscheiden sich erheblich von denen eines Generators, der ein Gebäude in den frostigen Weiten Kanadas beheizt.

Auch Stromversorgungsunternehmen können Generatoren einsetzen, um das Stromnetz zu betreiben. Aufgrund ihrer großen Flexibilität und der Möglichkeit, schnell anzulaufen, sind Generatoren die ideale Ergänzung zu Solar- und Windenergieanlagen in einem Stromnetz. Verdunkeln Wolken etwa die Sonne, können Generatoren schnell in Betrieb genommen werden und die Leistung übernehmen, die zuvor von den Solarzellen erbracht wurde. Generatoren sind auch ideal für die Stromversorgung auf Inseln, wo sie zunehmend mit Solar-, Wind- und Energiespeichern kombiniert eingesetzt werden.

Zuweilen ist die Abgrenzung zwischen gewerblicher, industrieller und privater Nutzung nicht ganz eindeutig. Einige Militärbasen verfügen beispielsweise über Generatoren, die bei einem Ausfall der externen Stromversorgung dafür sorgen, dass Strom weiterhin verfügbar ist. Sie exportieren den Strom aber auch im Normalbetrieb in das Netz und fungieren so als Kraftwerke für das Versorgungsunternehmen. Auf die gleiche Weise nutzen einige Rechenzentren ihre Standby-Generatoren als Mini-Kraftwerke, um ihr regionales Stromnetz zu speisen, wenn die Leistung nicht vom Rechenzentrum benötigt wird.


Welche Größe eines industriellen Generators benötige ich?

Für jede Gelegenheit den Passenden. Die richtige Größe hängt von der Art der Anwendung und dem Strombedarf ab.​​​​​​​ Sie können unsere branchenführende Lösung PowerSuite nutzen, um Ihren Bedarf an Stromerzeugung zu ermitteln.

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