Wie funktioniert ein Notstromaggregat?

Ein Stromaggregat ist ein Helfer in der Not. In Deutschland kommt es eher selten zu Stromausfällen, deshalb ist diese Art der Stromversorgung bei uns meistens nicht erforderlich. Ein Stromerzeuger ist aber ein sehr nützliches Gerät an Orten, wo keine städtische Versorgung des Stromnetzes bereitgestellt wird.

Dieses kann zum Beispiel auf einem Campingplatz, einer Baustelle oder an abseitsgelegenen Orten der Fall sein. Oft lohnt es sich aus Kostengründen nicht, bestimmte Einsatzgebiete an das Stromnetz anzuschließen. Hier ist eine Notstromanlage dann sehr hilfreich. Auch wenn zuhause der Strom ausfällt, ist ein Stromerzeuger praktisch.

Ein Stromausfall könnte aber beispielsweise in Krankenhäusern oder Kernkraftwerken zu schwerwiegenden Problemen führen. Deshalb ist es hier besonders wichtig, mobile oder stationäre Stromerzeuger für den Notfall zu installieren.

Was ist ein Notstromaggregat?

Kurz gesagt, ist ein Aggregat eine Maschine, die auf einfache Art Energie erzeugen kann. Dabei gibt es unterschiedliche Begriffe für diese Geräte. Die häufigsten sind: Stromerzeuger, Stromaggregat, Notstromaggregat, Netzersatzanlage oder Stromgenerator. Üblich werden 4-Takter Benzin- oder Dieselmotoren für den Antrieb verwendet. Der Generator ist ein zusätzliches Modul und wandelt die mechanische Kraft des Antriebs in elektrische Energie um. Dabei bildet er zusammen mit dem Antrieb eine Einheit-das Notstromaggregat.

Die Installation im Haus und die Einspeisung darf nur von einem Fachmann vorgenommen werden, dies garantiert eine sichere und fachgerechte Installation. Der Energielieferant sollte auf jeden Fall über dieses Vorhaben in Kenntnis gesetzt werden. Bei einem möglichen Beratungsgespräch werden unter anderem AGB´s und Bestimmungen erörtert, die für eine beschwerdefreie Installation zu beachten sind.

Arten der Notstromversorgung

Jede Stromquelle, die zum Ersatz eines Ausfalls konzipiert wurde, fällt unter dem Begriff „Notstromversorgung“. Einen gravierenden Unterschied gibt es aber, der die verschiedenen Notstromquellen unterscheidet. Kommt es zu einem Ausfall, dann darf bei bestimmten Einrichtungen die Stromversorgung nicht unterbrochen werden. Das ist ein wichtiger Aspekt, der beispielsweise in Rechenzentren oder Krankenhäuser nicht zu unterschätzen ist.

Selbst eine kurze Unterbrechung von einigen Millisekunden könnte fatale Folgen haben. Da ist es umso wichtiger, dass der Stromfluss kontinuierlich aufrechterhalten bleibt, auch wenn das Stromnetz ausfällt. Die allgemeine Ersatzstromversorgung kann bei einem Ausfall nicht ohne Unterbrechung den Kreislauf aufrechterhalten. Hier würden erst im Moment des Ausfalls die Generatoren anspringen. Das geht mit einer kleinen Verzögerung einher.

Bei der unterbrechungsfreien Notstromversorgung kann diese Problematik nicht entstehen, da dieses System dauerhaft im Stromnetz integriert ist. Ein spezieller Sensor sorgt dafür, dass die Notstromversorgung sofort und ohne Unterbrechung fortgesetzt werden kann. Die Energie wird im Notfall aus Batterien bezogen.

Funktion eines Notstromaggregats

Im Grunde besteht der Notstromaggregat aus einem Verbrennungsmotor und einem Generator, der in den meisten Fällen direkt an der versorgenden Anlage angeschlossen ist oder sich zumindest nah an der Anlage befindet, um einen übermäßigen Energieverlust durch Wärme zu vermeiden. Der Kraftstoff ist ein wichtiges Element, das dauerhaft zur Verfügung stehen sollte und somit einer ständigen Kontrolle bedarf. Im Falle eines Stromausfalls wird nämlich genau dieser Kraftstoff in kinetische Energie umgewandelt.

Diese Energie wird im Generator über sogenannte Wechselrichter in Wechselspannung, also Verbrauchsstrom umgewandelt, der wiederum als gewöhnlicher Hausstrom aus der Steckdose entnommen werden kann. Sonnen- und Windenergie erzeugen Gleichstrom, der wiederum in Wechselstrom umgewandelt wird. Gleichspannungsgeneratoren arbeiten nach demselben Prinzip. Da Gleichstrom günstiger ist, wird weltweit nach Möglichkeiten gesucht, das gesamte Stromnetz auf Gleichstrom umzustellen. Auf Schiffen ist die Umrüstung bereits weitgehend umgesetzt.

An dem Aggregat befindet sich ein Seilzug, das mit einem Schwungrad verbunden ist. Sobald man an diesem Seilzug zieht, dreht sich automatisch das Schwungrad und startet den Motor. Bei einem elektrischen Starter übernimmt ein sogenannter „Anlasser“ das Drehen am Schwungrad.

Im Kraftfahrzeugbereich wird nach demselben Prinzip gearbeitet. Die Komponenten ähneln den Motoren aus bestimmten Fahrzeugen. Bei dieser Art von Motoren wird der Kraftstoff durch einen Funken der Zündkerze ausgelöst. Bei Dieselaggregatoren wird eine exotherme Reaktion ausgelöst, indem ein hoher Kompressionsdruck aufgebaut wird. Üblich sind in diesem Fall eher Elektrostarter.

Das passiert im Inneren eines Stromerzeugers

Sobald der Kraftstoff „zündet“, entsteht Energie, die den Kolben im Zylinder auf und ab bewegt. Da der Kolben über das Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden ist, wird somit die vertikale Bewegung genutzt und in eine Drehbewegung geändert. Durch diesen Vorgang wird der Stromerzeuger angetrieben.

Der Kolben ist ein zylindrischer Metallkörper, der in seiner Aufwärtsbewegung das Kraftstoff-Luft-Gemisch stark komprimiert (verdichtet). Dieses geschieht im Zylinder, im sogenannten Hubraum. Das Gemisch wird dabei durch das Einlassventil in den Verbrennungsraum gepresst. In dieser Phase zündet die Zündkerze und der entstehende Funke entzündet das Gemisch. Die dabei ausgelöste Explosion bewirkt, dass der Kolben nach unten gedrückt wird. Solange der Motor nicht abgeschaltet wird, wiederholt sich der Vorgang permanent und treibt die Kurbelwelle an. In dieser Zeit wird über den Generator der Strom bereitgestellt.

Der Drehgenerator besteht aus einem unbeweglichen Teil, dem sogenannten Stator und einem beweglichen Teil. Der bewegliche Teil wird üblicherweise als Rotor bezeichnet. Als Grundlage wird das Prinzip der elektromagnetischen Induktion verwendet. Dabei arbeiten fast alle Generatoren nach dem Rotationsprinzip.

Induktiver Strom entsteht, wenn entweder der Leiter in einem Magnetfeld bewegt wird oder der Leiter in einem beweglichen Magnetfeld ruht. Unterschiedliche Generatorentypen können sowohl das eine als auch das andere Induktionsverfahren anwenden. Innenpolmaschinen und Außenpolmaschinen sind die Bezeichnungen der entsprechenden Verfahren.

Innenpol- und Außenpolmaschinen

Bei der Innenpolmaschine wird ein Elektromagnet mit hohen Umdrehungen in einem Hohlzylinder gedreht. Der Hohlzylinder ist mit mehreren Spulenwicklungen besetzt. Am Rotor sind vier Magnetpole installiert: Nord- und Südpol aufeinanderfolgend. Damit sich ein gleichbleibendes Magnetfeld aufbauen kann, muss dieser Generator-Typ mit Gleichstrom versorgt werden.

Schleifkontakte ermöglichen die Stromzufuhr. Sobald sich die Magnetpole den Spulenwicklungen nähern, wird eine Wechselspannung induziert. Die Spannung wird innerhalb der Spulen noch verstärkt. Abgegriffen wird der Strom an zwei Kontakten, die am unbeweglichen Teil angebracht sind.

Außenpolmaschinen haben diese einfache Abnahmemöglichkeit nicht, hier wird die Spannung über Schleifkontakte abgegriffen. Die Induktionsspule rotiert im Magnetfeld des unbeweglichen Teils. Zum Erzeugen des magnetischen Feldes muss der Stator an Gleichstrom angeschlossen werden. Die Drehbewegungen verändern kontinuierlich die Anzahl der Feldlinien, die an der Spule abgegeben werden. Hier wird eine Spannung induziert, die infolge der Drehbewegungen eine Wechselspannung ermöglicht.

Die Außenpolmaschine besteht aus einem Stator und einem Rotor. Die Induktionsspule (Rotor) dreht sich zwischen dem Stator (feststehenden Magnetpolen) und erzeugt Wechselspannung, die mit Schleifkontakten abgeriffen wird. Bei der Innenpolmaschine drehen sich der Rotor zwischen dem Stator und erzeugt Wechselspannung. Der Strom wird im ruhenden Teil produziert.

Wechselgenerator / Gleichstromgenerator

Vom Prinzip her könnte jeder Wechselgenerator auch als Gleichstromgenerator fungieren. Voraussetzung ist allerdings eine Zusatzeinrichtung. Ein sogenannter Gleichrichter. Dieses Zusatzmodul ermöglicht das Gleichrichten des induzierten Wechselstroms. Die meisten Gleichstromgeneratoren funktionieren nach dem Außenpolprinzip.

Die Schleifkontakte bestehen aus zwei Halbschalen und ermöglichen dadurch eine Umpolung nach einer halben Umdrehung. Diese Gleichrichterschaltung bewirkt eine pulsierende Gleichspannung, die wiederum mit einem Elektrolytkondensator geglättet werden kann.

Zapfwellengenerator

Eine besondere Form der Notstromanlage ist der sogenannte Zapfwellengenerator. Einsatzgebiete für diesen Notstrom sind in der Regel Land- und Forstwirtschaft. Dieser Stromlieferant wird üblicherweise an einem Landfahrzeug wie beispielsweise ein Traktor installiert und treibt mit einer speziellen Vorrichtung den Zapfwellengenerator an.

Unterschiedliche Modelle haben zugängliche Steckdosen, sodass auch hier Mobilität gewährleistet ist. Zapfwellengeneratoren gibt es auch für das Einfamilienhaus. Dafür sind aber besondere Vorrichtungen notwendig. Umschalter, Wellenanschlüsse sowie diverse Sicherheitseinrichtungen sind notwendig, um den Zapfwellengenerator anzuschließen. Auch diese Stromerzeuger können einen Stromausfall kompensieren.

Wie wird ein Notstromgenerator eingebaut?

Wer sich für die Anschaffung einer Energieversorgung für den Notfall entschieden hat, sollte den Einbau von einem Fachmann vornehmen lassen. Dieser wird sich genauestens mit dem Hausnetz vertraut machen und dementsprechend einen Benzin- oder Dieselmotor installieren. Benzinmotoren sind vergleichsweise leiser. Bei beiden Ausführungen gibt es aber bereits schallgedämmte Modelle.

Von einer provisorischen Lösung ist generell abzuraten. Auch Heimwerker, die sich eine eigene Energieversorgung mit Dauerleistung bereitstellen möchten, sollten darauf verzichten und sich allein schon aus Versicherungsgründen eine sichere Anlage anschaffen.

Externe Aggregatoren besitzen meisten nur einen Seilzug zum Starten des Motors. Im Einfamilienhaus wäre diese Lösung eher unpraktisch. Hier sind spezielle Elektrostarter verbaut, die entweder manuell oder durch Sensoren ausgelöst werden.

Zusammenfassung

Im Notfall auf einen Stromgenerator zu verzichten ist in vielen Bereichen keine Option. Die Notstromversorgung gehört deshalb in vielen Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen bereits zur Gebäudeinfrastruktur. Die Installation einer Notfallversorgung sollten Hausbesitzer besser von einem Fachmann installieren lassen. Die wissen genau über Funktionsweise und erforderliche Wirkleistung Bescheid. Auch die Wartung sollte von einem Experten durchgeführt werden.