Stromerzeuger

Die Erzeugung elektrischer Energie kann auf verschiedene Weise erfolgen. Je nachdem, welche Ressourcen zur Verfügung stehen, welche Strommenge benötigt wird und wofür dieser Strom verwendet werden soll, kommen hierfür unterschiedliche Stromerzeuger vom Atomkraftwerk über Solaranlage bis hin zum Fahrraddynamo in Betracht. Dabei wird jedoch elektrische Energie stets aus einer anderen Energieart gewonnen. Hierzu wird größtenteils die kinetische Energie, also Bewegungsenergie genutzt, die mittels eines Stromgenerators in elektrische Energie umgewandelt wird.

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Generatortypen. Allen gemeinsam ist jedoch, dass deren Funktionsweise auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion beruht.
Am Beispiel eines Drehstromgenerators lässt sich dieses, stark vereinfacht dargestellt, folgendermaßen erklären: Der Generator besteht aus einem drehbaren Teil, dem Rotor, der sich in einem röhrenförmigen Gehäuse mit eingelagerten Spulen, dem Stator, befindet. Am Rotor sind Magnete angebracht, welche ein elektromagnetisches Feld erzeugen und durch die Drehung des Rotors eine Spannung in den Spulen des Generators induzieren.

Allerdings steht für den Antrieb eines Stromgenerators benötigte Bewegungsenergie häufig nicht direkt zur Verfügung, sondern muss vorher erst erzeugt werden. So wird beispielsweise bei einem Kohlekraftwerk durch Verbrennung von Schwarz- bzw. Braunkohle zunächst thermische Energie freigesetzt, die zur Erhitzung von Wasser genutzt wird. Durch den entstehenden Wasserdampf wiederum wird eine Turbine angetrieben, die dann kinetische Energie in Form von Rotationsenergie liefert. Bei jedem dieser Zwischenschritte geht Energie z.B. durch Reibung verloren, sodass der Wirkungsgrad derartiger Kraftwerke durchschnittlich nur  bei etwa 30 % liegt.

Vor dem Hintergrund immer knapper werdender Ressourcen gewinnen neben traditionellen Stromerzeugung durch Generatoren auch zunehmend alternative Formen an Bedeutung. Zu guten Beispielen für alternative Formen der Stromerzeugung gehören unter anderem Photovoltaik und die Brennstoffzellentechnik.

Bei der Stromerzeugung mittels Solaranlagen wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Eine Solarzelle besteht aus zwei unterschiedlich strukturierten Schichten Silizium, einem Halbleitermetall, zwischen denen durch einfallendes Sonnenlicht ausgelöste photoelektrische Vorgänge elektrische Spannung erzeugen. Man spricht bei diesem Vorgang vom photovoltaischen Effekt.

Hierbei wird Strom in einem elektrochemischen Verfahren gewonnen. In einer Brennstoffzelle, bestehend aus zwei mit einem Katalysator beschichteten Elektroden (Anode und Kathode) sowie einer dazwischen liegenden Elektrolytmembran, kommt es zu Redoxreaktionen zwischen Sauerstoff und Wasserstoff. Die an der Anodenseite zugeführten Wasserstoffmoleküle werden durch einen Katalysator in je zwei Atome gespalten. Deren Elektronen strömen über einen Leiter zur Kathode, wobei sie einen elektrischen Stromfluss bewirken und einen Verbraucher mit Elektrizität versorgen. Die Wasserstoffprotonen hingegen fließen auf diesem Weg durch eine für sie durchlässige Membran zur Kathode, wo sich dort eingebrachter Sauerstoff zusammen mit den Wasserstoffelektronen zu Wasser verbinden.

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