Antriebe

Kleinere Geräte werden meist mit einem Ottomotor angetrieben, größere dagegen mit Dieselmotoren. Ottokraftstoff ist hinsichtlich des Explosionsschutzes schwerer zu handhaben und ist daher bei stationären Aggregaten unüblich, da die Lagerung von Ottokraftstoffen an hohe Auflagen (u. a. für den Explosionsschutz) gebunden ist und der Treibstoff teurer als Erdgas, Propan oder Diesel oder Heizöl.

Gestartet werden Stromerzeugungsaggregate per Seilzug, mittels Druckluft oder durch einen elektrischen Anlasser an einer Batterie. Bei Kernkraftwerken erfolgt der Startbefehl vollautomatisch durch das Reaktorschutz-System.

Im landwirtschaftlichen Bereich kann man so genannte Zapfwellengeneratoren finden, die an den Nebenabtrieb oder die Zapfwelle eines Fahrzeugs angeschlossen werden. Diese Zapfwellengeneratoren verfügen über keinen eigenen Motor, sondern werden über ein Zwischengetriebe und eine Welle von einer Zugmaschine (Traktor) angetrieben. Dies hat den Vorteil, dass diese Geräte günstig in Anschaffung und Wartung sind, da kein Verbrennungsmotor gekauft und gewartet werden muss.

Inzwischen sind auch hydraulisch angetriebene Generatoren bis über 70 kVA erhältlich, die von einer fahrzeugeigenen Hydraulik angetrieben werden können.

Generator

Als Generatoren kommen Drehstrom-Synchronmaschinen zum Einsatz. Synchronmaschinen verfügen über eine Erregereinrichtung und können neben der Wirkleistung für ohmsche Lasten auch Blindleistung für kapazitive oder induktive Lasten liefern. Asynchrongeneratoren sind für Inselnetze nicht geeignet, da sie zur Erregung Blindleistung benötigen. Dies ist zwar auch mit Kondensatoren möglich, jedoch ist die Spannung für einen Netzersatzbetrieb zu instabil.

Spannungsregelung

Bei Synchrongeneratoren wird in der Regel eine spannungsgeführte Regelung (AVR) benutzt, früher kamen auch andere Regelungen zum Einsatz wie z. B. Statikwandler im Strompfad. Für eine wirklich saubere Ausgangsspannung und -frequenz ist ein Inverter-Generator erforderlich.

Einphasige Verbraucher erzeugen bei kleinen dreiphasigen Generatoren eine Schieflast, welche die Spannung auf den beiden unbelasteten Phasen stark ansteigen lässt, was angeschlossene Verbraucher zerstört.

Brennstoffzellenaggregate

Brennstoffzellenaggregate enthalten keinen Motor und Generator, sie wandeln Methanol oder Wasserstoff in Strom, der dann mit einem Akku gepuffert und mit einem Wechselrichter auf Netzspannung gebracht wird. Dadurch kann die Brennstoffzellensystem im optimalen Betriebspunkt (niedriger Brennstoffverbrauch) betrieben werden. Die maximale Ausgangsleistung des Akkus ist meist deutlich höher als die Leistung des Brennstoffzellenaggregats.

Brennstoffzellenaggregate sind kommerziell verfügbar, jedoch wenig verbreitet und in der Anschaffung teurer als Geräte mit Verbrennungsmotor. Für längere Betriebszeiten können sich die höheren Anschaffungskosten amortisieren, beispielsweise aufgrund geringerer Brennstoffkosten, längeren Wartungsintervallen oder längeren Brennstoffversorgungsintervallen (siehe Artikel Reformed Methanol Fuel Cell). Weitere Vorteile sind eine gute Eignung bei kalten Temperaturen, der zulässige Einsatz in Naturschutzgebieten, der mögliche Einsatz regenerativer Brennstoffe und die sehr geringe Lautstärke.

Für den Betrieb mit Wasserstoff werden meist NT-PEM Brennstoffzellen verwendet. Für Methanol wird bei einer Leistung unter etwa 0,3 kW die Direktmethanolbrennstoffzelle und bei einer Brennstoffzellen-Leistung von 0,3 kW bis etwa 100 kW die Reformer-Methanolbrennstoffzelle eingesetzt. Methanol ist günstiger und braucht kleinere Tanks als Wasserstoff.

Betriebssicherheit

Normale Leitungsschutzschalter (Sicherungen) sind bei kleinen Notstromgeneratoren oder Solar-Inselanlagen wirkungslos, weil der maximale Kurzschlussstrom zu klein ist, um den Bimetall-Überlastschalter oder gar den magnetischen Überstromschalter auszulösen.

Um Stromunfälle zu vermeiden, muss eine ausreichende Erdung oder Isolationsüberwachung vorliegen, was vor allem bei mobilen Geräten oft nicht gegeben ist. Es ist oft davon abhängig, welche Schutzmaßnahmen (Sicherungen, Schutzschalter oder Isolationswächter) zwischen das Notstromaggregat und den Verbraucher geschaltet sind. Solange einzelne Verbraucher der Betriebsvorschrift entsprechend angeschlossen sind, ist die Sicherheit gewährleistet. Seit 2007 dürfen in Österreich in der Landwirtschaft nur noch Generatoren mit Isolationsüberwachung verwendet werden. Eine Isolationsüberwachung macht den Erdungsspieß überflüssig und ist sicherer. Bei einem Fehlerstromschutzschalter (FI) muss ein Erdungswiderstand erreicht werden, der klein genug ist, damit der FI auslöst. Bei felsigem oder sandigem Untergrund ist das oft nicht möglich.

Anschluss an das öffentliche Stromnetz

Meist ist eine Einspeisung aus wirtschaftlichen Gründen nicht erwünscht oder z. B. für Tarifkunden durch gesetzliche Vorgaben eingeschränkt. Ferner gibt es eine hohe Hürde, nämlich die notwendige Synchronisierung, diese erfordert einen zusätzlichen technischen Aufwand. Für die Einspeisung werden Netzersatzanlagen verwendet, die sich mit dem Netz synchronisieren können.

Notstromversorgungen weisen vorgeschriebene Einrichtungen wie Netzabfallrelais auf, mit denen sie an das normale Gebäudestromnetz angeschlossen werden können, aber dann (abgesehen von Anlagen die für Kurzzeitparallelbetrieb nach Spannungswiederkehr im normalerweise versorgenden Netz ausgelegt sind) keinen Strom ins öffentliche Netz liefern können. Die genauen Vorschriften hängen von den Anforderungen der Netzbetreiber (Energieversorgungsunternehmen) und von der Gerätebeschreibung ab.

Stationärer Einsatz

In vielen Bauten wie Krankenhäusern, Umspannwerken, TV- und Radiosendern oder auch Industriebetrieben werden stationäre Aggregate verwendet, die zuverlässig anspringen müssen. Das Hochlaufen der Aggregate unter Last ist nicht möglich. Daher ist eine batteriegepufferte unterbrechungsfreie Stromversorgung notwendig, um kurze Ausfälle zu kompensieren, ein Anlassen des Aggregates zu ermöglichen (falls die Batteriekapazität zur Neige geht) und um die ggf. vorgeschriebene Notbeleuchtung zu speisen. Um die Zeit bis zur Leistungsübernahme kurz und die notwendige Batteriepufferung kleiner zu halten, werden Dieselmotoren mitunter dauerhaft auf 50 bis 80 °C beheizt.

Neben den Investitionen ergeben sich laufende Kosten für Wartung, ggf. Heizung, Betriebsmittelaustausch und regelmäßige Testläufe, wenn kein Ausfall des öffentlichen Netzes eingetreten ist.

Auch in Wohnhäusern entsprechender Größe (Hochhäuser) sind vielfach Notstromaggregate vorgeschrieben, um bei Stromausfall sicherheitsrelevante Systeme (Fahrstühle/Löschanlagen/Notbeleuchtung) in Betrieb zu halten und schlimmstenfalls eine geordnete Evakuierung zu ermöglichen. Dabei ist es wichtig, dass die Anlagen durch entsprechend geschultes Personal gewartet und regelmäßig in Betrieb genommen werden, um 'Standschäden' wie das Festsetzen von Lagern oder den chemischen Zerfall von Dieselkraftstoff zu verhindern.

Ein weiteres Beispiel ist der Bereich der Logistik. Hier wird ein Teil der Datenverarbeitung von stationären Aggregaten versorgt, um zum Beispiel einen Zugriff auf das Warenwirtschaftssystem bei einem Netzausfall zu gewährleisten.

Mit zunehmenden Bewusstsein einer Blackoutvorsorge sind auch in vielen Regionen die Feuerwehren aufgerufen, stationäre Stützpunkte in den einzelnen Orten einzurichten, um beispielsweise Kommunikationsinseln zu schaffen oder andere Notversorgungen zu übernehmen.

Mobiler Einsatz

Es gibt auch kleinere, mobile Geräte, die tragbar sind oder auf Anhängern montiert werden können. Diese werden vielfach bei Technische Hilfeleistungen insbesondere bei Feuerwehren und im Katastrophenschutz eingesetzt. Sie werden nicht nur bei Stromausfall, sondern auch in Gebieten ohne Stromversorgung eingesetzt, zum Beispiel für mobile Wasseraufbereitungsanlagen des KHDs, des THWs oder anderer Hilfsorganisationen. Die Aggregate, die vom Katastrophenschutz benutzt werden, besitzen in den kleinen, meist tragbaren Varianten eine Leistung von 2,5 bis 14 kVA. Dies sind meist Aggregate, die über mehrere 230-Volt-Schutzkontakt-Steckdosen verfügen und darüber hinaus meist noch mit einem Drehstrom-Anschluss ausgestattet sind. Die moderneren Geräte des THWs werden mit Viertaktmotoren angetrieben. Es sind allerdings auch noch ältere Modelle mit Zweitaktmotoren-Antrieb zu finden. Diese werden aber aufgrund ihrer unzuverlässigen Starteigenschaften immer mehr verdrängt. Werden sie dennoch weiterhin eingesetzt, dann aus dem Grund, dass der Motor unter bestimmten Einsatzbedingungen besser als ein 4-Takter funktioniert. Aggregate der Rettungsdienste sind in der Regel Synchrongeneratoren, die die hohen notwendigen Anlaufströme der Gerätschaften (z. B. eines Winkelschleifers) garantieren können. Die auf Anhänger montierten Aggregate sind vorwiegend mit Dieselmotoren versehen, welche eine Leistung im Bereich zwischen 20 und 630 kVA erbringen. Neben der Nutzung fossiler Brennstoffe existieren bereits erste Stromaggregate, welche vollständig oder teilweise auf erneuerbare Energien zurückgreifen. Dabei wird über Solarzellen oder Windräder die Wind- bzw. Sonnenenergie genutzt. Hybridmodelle nutzen hierbei zusätzlich fossile Brennstoffe, um bei widrigen Wetterbedingungen (fehlende Sonne oder Wind) dennoch Strom erzeugen zu können.

Bordnetzversorgung

Für die Bordnetzversorgung von Fahrzeugen mit erhöhtem Strombedarf werden speziell für diese Anwendungsfälle geschaffene Fahrzeugstromerzeuger verwendet; diese zeichnen sich für gewöhnlich durch eine erschütterungsbeständige Aufhängung sowie einer komplett geschlossenen Schalldämmkapselung aus, welche durch die Verwendung von wassergekühlten Motoren und Generatoren ermöglicht wird.

Die Lärmemission beträgt bei solchen Systemen in etwa nur 56 dBA in 7m, wodurch diese Stromerzeuger besonders gut für Anwendungen von mobilen Arbeitsplätzen oder Aufenthaltsräumen geeignet sind.

Der Leistungsbereich liegt im Normalfall zwischen 2 und 50 kVA; überwiegend werden hierfür dieselbetriebene Motoren verwendet. Aufgrund von verschärften Emissionsauflagen werden auch zunehmend benzin- oder gasbetriebene Stromerzeuger eingesetzt.

Einen weiteren Vorteil der wassergekühlten Motoren ist neben der besonders kleinen Bauform die Möglichkeit zur Nutzung der Abwärme, die somit zum Heizen von Räumen mittels eines Wärmetauschers/Heizkörpers genutzt werden kann. Die Wärmeleistung entspricht dabei in etwa der abgegebenen elektrischen Leistung.

Bei Flugzeugen kommen während der Wartung oder vor dem Start ebenfalls mobile Aggregate zum Einsatz. Soll das Flugzeug aus dem öffentlichen Stromnetz versorgt werden, werden wegen der anderen Spannung (110 Volt) und einer Frequenz von (400 Hz) auch Frequenzumformer genutzt.

Elektromobile

Im Elektrofahrzeugsektor werden Stromerzeugungsaggregate zur Reichweitenverlängerung genutzt, siehe Range Extender.