Solarkollektor aus Plastikflaschen: Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Bau eines Solarapparats

Der Begriff alternative Energie wird von vielen Eigenheimbesitzern und Datscha-Besitzern mit teuren Solarpanelen, Windrädern oder Wärmepumpen in Verbindung gebracht. Niemand ahnt, dass man in nur wenigen Stunden für ein paar Cent einen Warmwasserkollektor aus Plastikflaschen bauen kann, um sich die ganze warme Jahreszeit über mit Warmwasser zu versorgen.

Wir zeigen Ihnen, wie Sie aus Abfallmaterialien ein effizientes System zur Brauchwasseraufbereitung herstellen können. In unserem Artikel finden Sie eine detaillierte Beschreibung der Konstruktionen und Herstellungsverfahren, deren Funktion in der Praxis erprobt ist. Mit unseren Empfehlungen bauen Sie problemlos ein nützliches Haushaltsgerät.

Besonderheiten des Einsatzes von Sonnenkollektoren

Der Hauptunterschied zwischen einem Sonnenkollektor und verschiedenen Arten von Wärme erzeugenden Heliosystemen besteht in der zyklischen Arbeitsweise. Mit anderen Worten: Bei fehlender Sonne wird keine thermische Energie erzeugt.

Offensichtlich sinkt die Leistung einer autarken Warmwasserbereitung mit Sonnenkollektor in der Dunkelheit auf Null. Die Wärmeerzeugung durch den Sonnenkollektor wird durch die Tageslänge bestimmt, die vom Breitengrad und der Jahreszeit abhängt.

Ein selbstgebauter Sonnenkollektor kann nicht nur die Frage der Warmwasserversorgung eines Hauses lösen, das nicht an das zentrale Netz angeschlossen ist, sondern auch die Heizungsprobleme.

Auch die klimatischen Besonderheiten der Region haben einen merklichen Einfluss auf die Leistung des Sonnenkollektors. Wenn die Gegend häufig von Nebel geprägt ist oder die Sonne oft von Wolken verdeckt wird, sinkt die Leistung des Sonnenkollektors erheblich.

Doch auch in diesem Fall bleibt ein Sonnenkollektor für Heizung und/oder Warmwasserbereitung effektiv, dank seiner Fähigkeit, selbst diffuse Strahlen einzufangen.

Konstruktionsmerkmale und Funktionsprinzip

Das Hauptelement eines Standard-Sonnenkollektors ist ein Absorber in Form einer Kupferplatte mit einem Rohr. Die Platte wird unter Sonneneinstrahlung schnell erhitzt und gibt die Wärme an das Rohr und die darin befindliche Flüssigkeit weiter. Dank freier oder erzwungener Zirkulation wird die gewonnene Wärme dann im gesamten System transportiert.

Unter Einwirkung der Sonnenstrahlen wird die Kupferplatte erhitzt, von der die Wärme an das im Rohr befindliche Wärmeträgermedium übertragen wird.

Um die Effizienz des Absorbers zu steigern, sollte man ihn mit den notwendigen physikalischen Eigenschaften ausstatten. Zunächst muss die Absorptionsfähigkeit des Absorbers erhöht und die Reflexion der Sonnenstrahlen minimiert werden. Die einfachste Lösung ist das Auftragen schwarzer Farbe auf den Absorber.

Um die Effizienz des Absorbers zu steigern, muss er mit transparentem Glas abgedeckt werden. Normales Glas reflektiert einen Teil der Sonnenstrahlen.

Am besten verwendet man Spezialglas mit niedrigem Eisengehalt oder eine entspiegelte Beschichtung. Um eine Verschmutzung des Glases zu vermeiden, sollte das Gehäuse des Sonnenkollektors versiegelt sein.

Trotz der vielen Möglichkeiten zur Verbesserung der Funktionsweise und zur Steigerung der Leistung eines Sonnenkollektors ist dieser Wert aufgrund der konstruktiven Mängel weit vom Ideal entfernt. Unter Berücksichtigung des Funktionsprinzips des Sonnenkollektors und der Methoden zur Effizienzsteigerung versuchen wir, ein primitives und preiswertes Modell aus Alltagsmaterialien zu bauen.

Montage des Geräts aus Alltagsmaterialien

Neben der Billigkeit und Einfachheit des Zusammenbaus unterscheidet sich die Variante aus Plastikflaschen von Standard-Solargeräten dadurch, dass flache Sonnenkollektoren in den Morgen- und Abendstunden schlecht arbeiten.

Die konvexe Form der Flaschen gewährleistet eine nahezu senkrechte Durchdringung der Strahlen auch während Sonnenuntergang und Sonnenaufgang, und somit die Effizienz des Geräts sowohl in den Morgen- als auch in den Abendstunden.

Dank der konvexen Form der Kunststoffflaschen kann das Gerät auch in horizontaler Position die Strahlen der aufgehenden und untergehenden Sonne einfangen.

Es gibt mehrere besondere Methoden zur Konstruktion eines hervorragend funktionierenden Systems zur Gewinnung von heißem Wasser aus Kunststoffflaschen:

• Der Sonnenkollektor fungiert als Speichertank, in dem das Wasser erhitzt und dann abgelassen wird;
• Der Sonnenkollektor wird mit einem Speichertank verbunden, um die Erwärmung des Wassers und dessen natürliche Zirkulation zu gewährleisten;
• Die Kunststoffflaschen des Kollektors dienen als Wasserreservoir;
• Die Kunststoffflaschen fungieren als luftdichte Behälter zur Wärmespeicherung.

Auch können sich Sonnenkollektoren in ihren konstruktiven Merkmalen unterscheiden. Dies hängt vor allem mit der Befestigungsweise der Flaschen sowie deren Anordnung zusammen.

Variante mit Speicherung des erwärmten Wassers

Für die Herstellung eines Sonnenkollektors wird ein Polypropylenrohr mit einem Durchmesser von 50 mm benötigt, an das Kunststoffflaschen angeschlossen werden, deren Anzahl durch den Rohrdurchmesser bestimmt wird. Für die Vorlage wurden 15 Kunststoffflaschen verwendet, sodass das Arbeitsvolumen des Sonnenkollektors 30 Liter betrug.

Die Verbindungsstellen der Flaschen mit dem Propylenrohr werden mit Silikondichtmittel bestrichen, um Wasserleckagen zu verhindern.

Um die Flaschen zu einem System zu verbinden, müssen in das für die Warmwasserversorgung vorgesehene Propylenrohr Löcher gebohrt werden. Die ideale Lösung war die Verwendung eines 26 mm Holzspiralbohrers.

Bei diesen Abmessungen wird eine maximale Verbindungsdichte gewährleistet, und die Flasche wird mit Kraft in das Loch entlang ihres Gewindes eingeschraubt. Um eine maximale Abdichtung der Verbindung zu gewährleisten, können die Stoßstellen mit Silikondichtmittel bestrichen werden, besser ist jedoch die Verwendung von Heißkleber.

Um den Effekt kommunizierender Gefäße zu erzielen, müssen im oberen Teil jeder Flasche Löcher mit einem Durchmesser von etwa 2 mm angebracht werden.

Nach dem Anschließen der Flaschen wird auf einer Seite des Rohrs ein Anschlussstutzen eingefügt, der später mit der Wasserleitung zur Wasserversorgung verbunden wird. Auf der anderen Seite sollte ein Hahn eingefügt werden, durch den das erwärmte Wasser in den Speicherbehälter abgelassen wird.

Jedoch kann ein solches Gerät zur Nutzung der Solarenergie im Haushalt unter dem Gewicht des gefüllten Wassers seine Integrität verlieren. Daher ist die Konstruktion eines Kastens sinnvoll. Für dessen Herstellung wird ein Brett mit einer Breite von 150 mm benötigt.

Um die Effizienz des Sonnenkollektors zu steigern, kann auf den Boden des Kastens 50 mm dickes Styropor oder Polystyrol gelegt und mit Folie abgedeckt werden.

Nach der Installation des Solarkollektors an seinem endgültigen Standort müssen die Plastikflaschen schwarz lackiert werden, um die Sonnenstrahlen effizienter zu absorbieren.

Beim Schwarzlackieren erhöht sich die Absorptionsfähigkeit des Kunststoffs und die Effizienz der Wassererwärmung steigt.

Verwenden Sie am besten matte Farbe und sprühen Sie diese aus einer Aerosoldose auf. Dann müssen Sie den Kasten mit Glas abdecken, um seine Dichtigkeit zu erhöhen, und ihn an das Kaltwasserzuleitungssystem sowie an das Ablaufsystem für das erwärmte, gebrauchsfertige Wasser zum Speichertank anschließen.

Aus der praktischen Erfahrung ist bekannt, dass Kunststoff hohe Temperaturen schlecht verträgt, was zu Verformungen führt. An sonnigen Tagen kann die Temperatur des erwärmten Wassers 65 Grad übersteigen, was zu einer Verformung des Kunststoffs führt.

Daher ist es besser, auf eine zusätzliche Abdichtung des Kastens mit Glas ganz zu verzichten oder das Glas nur bei bewölktem Wetter zu verwenden.

Methode mit Zirkulation des erwärmten Wassers

Die Systemstruktur des Solarkollektors ähnelt der ersten Variante, weist jedoch einige konstruktive Unterschiede auf.

Für den Bau des Kollektors werden folgende Werkzeuge und Materialien benötigt:

• PVC-Rohr mit 20 mm Durchmesser, mit Winkeln und T-Stücken;
• Rollenrohrschneider;
• Fasenschneider;
• Primer (Reinigungsmittel);
• Plastikflaschen;
• Tetra-Pak-Kartons von Milch oder Saft;
• Cutter;
• Karton;
• Hitzebeständige matte schwarze Farbe;
• Speichertank.

Für die Montage benötigen Sie ein PVC-Rohr mit 20 mm Durchmesser. Der horizontale Teil des Rohrs sollte in Abschnitte geschnitten werden, an die durch Kaltverklebung die Winkel und T-Stücke angeschlossen werden. Der untere Teil des Solarkollektors sieht genauso aus. Am Ende erhalten Sie ein geschlossenes System, aber alles der Reihe nach.

Besonderheiten beim Kleben von PVC-Rohren

Für einen qualitativ hochwertigen Schnitt ist es besser, einen Rohrschneider mit Rollen zu verwenden. Nach dem Schneiden muss an der Innenseite des Rohres eine Fase mit speziellen Fasenmessern abgetragen werden.

Nachdem Sie die Tiefe der T-Stücke und Winkel gemessen haben, müssen Sie eine Markierung am Ende des anzuschließenden Rohrs anbringen und die Rohrenden und Fittings mit Primer (Reinigungsmittel) behandeln.

Dank der sanften Bewegung des Schneidteils ermöglicht der Rollenrohrschneider, Verformungen des Querschnitts und die Bildung von Graten an der Kante beim Schneiden zu vermeiden.

Der nächste Schritt ist das Auftragen und Verteilen des Klebers auf der Außenseite des Rohrs und der Innenseite des Fittings. Der Kleber muss mit einem Pinsel aufgetragen werden, wobei die Pinselgröße kleiner als der Rohrdurchmesser sein sollte. Dann müssen Sie das Rohr in das vorbereitete T-Stück oder den Winkel einsetzen und um eine Vierteldrehung drehen, um den Kleber gleichmäßig zu verteilen.

Beachten Sie, dass die Arbeiten zum Einkleben eines Winkels oder T-Stücks nicht länger als 30 Sekunden dauern dürfen. Nach der Fixierung müssen die Kleberreste entfernt werden.

Herstellungsablauf des Solarkollektors

Nachdem das obere Rohr vorbereitet und die vertikalen Rohre daran angeschlossen wurden, kann mit der Vorbereitung der Plastikflaschen begonnen werden. Das vorgestellte Modell des Sonnenkollektors verfügt über 4 vertikale Rohre mit einer Länge von 105 cm. Auf dieser Länge können 5 Plastikflaschen angebracht werden. Für den Zusammenbau des Kollektors werden also 20 identische Plastikflaschen benötigt.

Von jeder Flasche muss der Boden entfernt werden. Dazu wird eine einfache Schablone aus einem zu einer Röhre gerollten Kartonstück von 30 cm Länge angefertigt. Mit der Schablone und einem Cuttermesser wird der Boden der Flaschen entfernt. Nach der Vorbereitung der Flaschen kann mit der Herstellung des Absorbers begonnen werden, der die Sonnenenergie aufnimmt.

Die Verwendung einer einfachen Pappschablone ermöglicht ein schnelles Zuschneiden und erzeugt Flaschen gleicher Größe.

Als Absorber verwenden wir gebrauchte Tetrapaks von Saft oder Milch. Diese müssen aufgeschnitten, gründlich gewaschen und getrocknet werden. Um ihre Absorptionsfähigkeit zu verbessern, sollte schwarze matte Farbe aufgetragen werden. Am einfachsten gelingt dies mit Sprühfarbe aus der Dose.

Das aufeinanderfolgende Auffädeln der Plastikflaschen ermöglicht es, die gefalteten Tetrapaks problemlos darin zu platzieren.

Nach der Vorbereitung der Flaschen und Tetrapaks kann mit der Montage des Solargeräts begonnen werden. Zuerst wird eine Plastikflasche mit dem Flaschenhals voran auf das vertikale Rohr aufgefädelt und ein Tetrapak darin platziert. Auf diese Weise werden alle Flaschen auf die vertikalen Rohre aufgefädelt, die dann mit T-Stücken und Winkeln des unteren Rohrs verbunden werden, das dem oberen ähnelt.

Um dem gebauten Sonnenkollektor Stabilität zu verleihen, muss eine Stütze dafür angefertigt werden.

Eine einfache Holzplatte verleiht der Konstruktion Stabilität und ermöglicht es, den Sonnenkollektor problemlos zum Einsatzort zu bewegen.

Wie im ersten Fall kann der Kollektor in einen Holzkasten gesetzt werden, jedoch muss er nicht mehr isoliert werden. Denn jede der Plastikflaschen stellt eine Art kleinen isolierten Behälter dar, der sich von innen erwärmt und die Wärme an das in den Rohren zirkulierende Wasser abgibt.

Besonderheiten bei Aufstellung und Anschluss

Um eine maximale Absorption der Sonnenstrahlen zu erreichen, muss der Kollektor nach Süden ausgerichtet werden. Ein geringer Neigungswinkel von 10-15 Grad ist ausreichend, damit der Kollektor bei nahezu jeder Sonnenposition effizient arbeitet.

Der untere Teil des Rohrs muss an den unteren Teil des Speichertanks angeschlossen werden, der obere Teil etwa an dessen Mitte. Das kalte Wasser aus dem Polymerbehälter fließt durch das untere Rohr in den Kollektor, wird dort erhitzt und steigt durch das obere Rohr in den Tank.

Auf diese Weise wird eine natürliche Wasserzirkulation in der selbstgebauten Anlage erreicht. Um eine hohe Intensität der Wasserzirkulation zu gewährleisten, muss der Tank etwas oberhalb des Sonnenkollektors in einem Abstand von mindestens 0,3 m von diesem angebracht werden.

Bei korrekter Verbindung des Solarkollektors mit dem Speichertank wird eine natürliche Wasserzirkulation gewährleistet.

Es ist zu beachten, dass beim Einströmen von kaltem Wasser in den Tank aus dem Wasserversorgungssystem eine aktive Durchmischung stattfindet, was die Effizienz des Kollektors verringert. Dies lässt sich vermeiden, indem der Tankeinlass mit einem turbulenten Reduzierer ausgestattet wird, der aus einem verschlossenen Rohr mit mehreren Löchern besteht.

Das Wasser strömt gleichmäßig durch den Reduzierer, sodass das kalte Wasser in den unteren Schichten verbleibt, von wo es in den Sonnenkollektor abgezogen wird.

Die Verwendung eines Turbulenzreduzierers hilft, die Vermischung von kaltem und warmem Wasser im Speichertank zu vermeiden.

Offensichtlich erwärmt der Sonnenkollektor das Wasser nur tagsüber bei sonnigem Wetter. Daher ist es wichtig, das heiße Wasser für die Nutzung am Tag und am Abend zu bewahren. Dazu muss der Speichertank isoliert werden.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Video 1. So entstanden die ersten Solaranlagen aus Plastikflaschen:

Video 2. Ein praktisch kostenloses Gerät zur Wassererwärmung in Aktion:

Ein Sonnenkollektor aus Plastikgetränkebehältern ist eine günstige Lösung zur Warmwasserbereitung. Bei längerem Schlechtwetter, insbesondere im Frühjahr und Herbst, ist es jedoch sinnvoll, im Speichertank einen Heizstab zu installieren. In diesem Fall wird der Sonnenkollektor Teil eines vollwertigen Systems, mit dem bei günstigen Bedingungen Kosten gespart werden können.

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