Ein elektrischer Generator ist eine Maschine, die in der Lage ist, eine Art Energie in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Energiequelle kann sehr vielfältig sein: chemische Energie, mechanische Energie, Lichtenergie oder thermische Energie.
Zu den Mechanismen, die diese Energieumwandlung durchführen, können Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen, Verbrennungsmotoren und sogar Kurbeln gehören.
Elektrische Generatoren sind elektrische Geräte, die einen Unterschied im elektrischen Potenzial (Spannung) zwischen zwei Punkten aufrechterhalten können. Das heißt, Geräte, die elektrische Energie erzeugen.
Der erste elektromagnetische Generator, die Faraday-Scheibe, wurde 1831 vom britischen Wissenschaftler Michael Faraday erfunden. Generatoren liefern fast den gesamten Strom für Stromnetze.
Heutzutage ist es möglich, für fast jeden Bedarf einen Stromgenerator zu kaufen.
Arten von Stromgeneratoren
Es gibt verschiedene Arten von Stromgeneratoren, jeder mit seinen eigenen Eigenschaften:
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Mechanische Generatoren: Sie nutzen mechanische Energie zur Stromerzeugung und werden häufig in der Industrie eingesetzt. Sie zeichnen sich durch Effizienz und Vielseitigkeit aus, darunter Diesel- und Benzingeneratoren.
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Solargeneratoren: Sie wandeln Sonnenenergie über Photovoltaikmodule in Strom um und erzeugen so Gleichstrom.
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Thermogeneratoren: Sie wandeln Wärmeenergie in Strom um.
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Chemische Generatoren: Sie wandeln chemische Energie in Elektrizität um, zum Beispiel Batterien.
Mechanischer elektrischer Generator
Sie funktionieren nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, bei der ein Magnetfeld auf in Spulen angeordnete elektrische Leiter einwirkt. Die relative Bewegung zwischen den Leitern und dem Feld erzeugt eine elektromotorische Kraft, die von Michael Faraday entdeckt wurde. Die Größe dieser Generatoren reicht von kleinen Dieselgeneratoren bis hin zu Industriemaschinen, die oft mit einem Elektrostarter ausgestattet sind. Mechanische Energie wird durch Wärmekraftmaschinen wie Benzin- oder Dieselmotoren gewonnen, die sowohl in thermoelektrischen als auch in Kernkraftwerken eingesetzt werden.
Bei Dynamos wird das elektromagnetische Prinzip genutzt, um mechanische Rotation in Wechselstrom umzuwandeln. Dies ist seit seiner Erfindung im Jahr 1832 durch Hippolytus Pixie ein grundlegendes Gerät.
Thermoelektrische Generatoren (TEG)
Diese Geräte wandeln den Temperaturunterschied durch den Seebeck-Effekt direkt in Strom um. Obwohl sie keine beweglichen Teile haben, ist ihr Wirkungsgrad gering und die Kosten hoch. Seine Anwendung wird in der Automobilindustrie unter Ausnutzung der Abgaswärme erwartet. Sie können in Verbindung mit Photovoltaik zur Effizienzsteigerung beitragen.
Thermoelektrischer Radioisotop-Generator (RTG)
In Raumfahrzeugen eingesetzt, wandelt es die beim radioaktiven Zerfall von Elementen freigesetzte Energie in Elektrizität um. Geeignet für Situationen ohne Anwesenheit von Menschen und wenn über einen längeren Zeitraum eine kontinuierliche Stromversorgung erforderlich ist, stellt es eine Alternative in Umgebungen dar, in denen Photovoltaikzellen nicht sinnvoll sind.
Solargeneratoren (Photovoltaik)
Sie wirken durch den Photovoltaikeffekt, bei dem Photovoltaikmodule beim Aufprall auf ein Photon Elektronen freisetzen und so elektrischen Gleichstrom erzeugen. Silizium ist das üblicherweise in diesen Zellen verwendete Material.
Anwendungsbeispiele und Anwendungen
Nachfolgend zeigen wir einige Anwendungsbeispiele mit Stromgeneratoren:
Elektrizitätswerk
Ein Kraftwerk ist eine Industrieanlage, die der Stromerzeugung mithilfe mechanischer Generatoren dient. Elektrischer Strom entsteht durch die Relativbewegung zwischen einem magnetischen Fluss und einem Leiter.
Energie in Kraftwerken wird aus verschiedenen Quellen gewonnen, wie zum Beispiel:
- Fossile Brennstoffe: In den meisten Kraftwerken weltweit vorherrschend.
- Kernreaktionen: Wird in Kernkraftwerken verwendet.
- Erneuerbare Energien: Einschließlich Solar-, Wind- und Wasserkraft.
Fahrzeuggeneratoren
Generatoren spielen eine entscheidende Rolle beim Antrieb verschiedener Transportmittel:
- Straßenfahrzeuge: Sie benötigen elektrische Energie, um die Instrumente anzutreiben, den Motor am Laufen zu halten und die Batterien aufzuladen.
- Segelboote: Sie können Wasser- oder Windgeneratoren verwenden, um die Batterien mit kleinen Propellern, Windturbinen oder Triebwerken aufzuladen und Strom bei typischen Wind- oder Reisegeschwindigkeiten zu liefern.
- Elektroroller: Elektroroller mit regenerativem Bremsen erfreuen sich weltweiter Beliebtheit.
Stromaggregate
Ein Motor-Generator entsteht durch die Kombination eines elektrischen Generators und eines Motors zu einer autonomen Einheit. Häufig kommen Hubkolbenmotoren zum Einsatz, es gibt aber auch Varianten mit Gasturbinen.
Stromerzeuger in Kernkraftwerken
Elektrische Generatoren in Kernkraftwerken sind überwiegend synchrone Generatoren, die Wechselstrom erzeugen, der mit der Frequenz des Stromnetzes synchronisiert ist.
Ausgestattet mit Statorspulen und Rotoren nutzen diese Generatoren fortschrittliche Kühlsysteme wie Wasserstoffkühlmittel, um sichere Temperaturen aufrechtzuerhalten. Sie verfügen über eine hohe Belastbarkeit und verfügen über hochentwickelte Steuerungssysteme, um die Leistungsabgabe entsprechend dem Strombedarf zu regulieren.
Darüber hinaus verfügen sie über Notstromversorgungen wie Dieselmotoren, um auch in kritischen Situationen eine kontinuierliche Stromerzeugung zu gewährleisten.