Eine thermische Solaranlage ist eigentlich eine ganz einfache Erfindung – kaltes Wasser wird durch ein Rohrsystem geleitet und von der Sonne erwärmt. Es ist also kein Hexenwerk, eine solche Anlage selbst zu bauen, auch wenn sie wahrscheinlich nicht so effizient sein wird wie eine professionelle Therme. Aber dafür ist sie wesentlich günstiger und mit eigener Hände Arbeit zu erstellen. Gerade für Gartenlauben, Ferienhäuser oder auch kleine Dachflächen kann sich eine DIY-Solarthermie lohnen. Erfahren Sie deshalb in dieser Anleitung, wie Sie eine thermische Solaranlage selbst bauen können.
Grundsätzliches zum Schwierigkeitsgrad und zu den Materialien
Die hier vorgestellte thermische Solaranlage ist ein relativ einfaches Bauprojekt, das für den durchschnittlichen Heimwerker machbar sein sollte. Wenn Sie bereits Erfahrung mit dem Einbau einer Spüle, dem Anschluss einer Waschmaschine oder dem Bau eines Bücherregals haben, sollte dieses Projekt für Sie keine große Herausforderung darstellen. Für Anfänger im Bereich der Klempnerei könnte jedoch ein wenig Hilfe hilfreich sein.
Das Paneel kann ohne spezielle Werkzeuge oder Materialien zusammengebaut werden. Die wichtigsten Werkzeuge sind eine Metallsäge, eine Holzsäge, eine Bohrmaschine, ein Hammer, ein Schraubenzieher, Nägel, Schrauben, ein Pinsel, eine Feile und ein Maßband. Zu den benötigten Materialien gehören unter anderem 10 mm dickes, geglühtes Kupferrohr, 16 mm dickes Aluminiumblech, Holz für den Rahmen, Sperrholz für die Unterlage, Glaswolle und 4 mm dickes Glas.
Warum Rohrleitungen aus Kupfer?
Wir verwenden Kupferrohre, um das Brauchwasser effizient durch den Kollektor zu leiten. Kupfer ist ein anerkannter Werkstoff in der Sanitär- und Wasserversorgungstechnik, da es in sauerstoffreichem Wasser nicht korrodiert. Mit einem geeigneten Inhibitor bleibt es auch in Mischungen aus Wasser, Ethylen und Glykol korrosionsbeständig.
Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist ein entscheidender Vorteil, da sie eine effiziente Übertragung der vom Kollektor gesammelten Sonnenwärme an das Wassersystem ermöglicht. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die bestehenden Rohrleitungen in Ihrem Haus bereits aus Kupfer bestehen. Daher ist es ratsam, auch für das neue Solarwärmesystem Kupferrohre zu verwenden, um Korrosionsprobleme zu vermeiden, die bei Systemen mit unterschiedlichen Metallen auftreten können.
Obwohl Kupfer nicht gerade billig ist, werden 10 mm dicke Kupferrohre in Massenproduktion hergestellt und sind in Rollen von 20, 25 und 30 Metern Länge erhältlich. Sie sind in den meisten Baumärkten erhältlich. Kupfer ist außerdem ein weiches Material, das sich leicht in die gewünschte Form biegen lässt.
Absorberplatte aus Metall
Die Kupferrohre sind an einer speziell beschichteten Absorberplatte befestigt, die die Sonnenenergie einfängt und an die mit Wasser gefüllten Rohre weiterleitet. Für optimale Ergebnisse sollte die Absorberplatte aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Aluminium ist kostengünstiger und in der Regel leichter verfügbar, weshalb es häufig als bevorzugtes Material empfohlen wird. Eine Materialstärke von 2 mm ist ideal, da sich dünnere Platten bei großer Hitze verformen können, während dickere Platten weniger effizient sind.
Sowohl die Absorberplatte als auch die Kupferrohre werden mit einer schwarzen Grundierung und Farbe behandelt, um das Risiko galvanischer Korrosion zu minimieren.
Die Absorberplatte wird in eine spezielle Holzwanne gelegt, die aus einem Hartholzrahmen und einer Sperrholzunterlage besteht. Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten und den Wartungsaufwand zu minimieren, sollte die Wanne mit einem hochwertigen Konservierungsmittel behandelt werden.
Transparente Abdeckung, um Wärmeverluste zu vermeiden
Um Wärmeverluste bei kühleren Temperaturen zu minimieren, sollte die Absorberplatte mit einer transparenten Abdeckung versehen werden. Glas ist hierfür besonders geeignet, da es nicht nur leicht verfügbar ist, sondern auch eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweist. Es fängt langwellige Strahlung ein und steigert dadurch die Effizienz der Platte. Für optimale Ergebnisse empfiehlt sich die Verwendung von 4 mm dickem Floatglas.
Alternativ können auch Acrylglasplatten verwendet werden, die den Vorteil einer geringeren Gewichtsbelastung bieten. Obwohl Acrylglas in der Regel kostengünstiger als Floatglas ist, sollte man bedenken, dass es anfälliger für Kratzer und Verfärbungen ist. Die transparente Abdeckung kann in die Holzwanne eingelegt und mit Holzleisten sowie einem geeigneten Klebstoff oder Harz sicher versiegelt werden.
Anleitung: Zusammenbau der Solarthermie
Wenn Sie die sich an die nachfolgenden Konstruktionsdetails halten, können Sie ein Solarmodul mit den Abmessungen 1500 mm x 900 mm herstellen. Dies entspricht einer Kollektorfläche von ca. 1,35 m². Für einen durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt reichen in der Regel zwei bis drei dieser Kollektoren aus. Wichtig ist, dass die Kollektoren so ausgelegt sind, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen entwässern können, um ein Einfrieren des Wassers und der Kupferrohre zu verhindern. Insbesondere bei Außentemperaturen knapp über dem Gefrierpunkt kann das Wasser in den Solarmodulen gefährlich nahe an den Gefrierpunkt kommen.
Eine alternative Lösung wäre ein indirektes oder geschlossenes System, bei dem dem Wasser Frostschutzmittel zugesetzt wird. In diesem Fall ist ein Wärmetauscher im Warmwasserspeicher erforderlich, um das mit Frostschutzmittel versetzte Wasser vom Brauchwasser zu trennen. Auf diese Variante möchten wir an dieser Stelle jedoch nicht näher eingehen.
Querschnitt durch die Solarpaneele
Schritt #1: Paneelwanne und Rahmen
Der Rahmen für die Absorberplatte sollte die Abmessungen 1500 mm x 900 mm x 80 mm haben. Für die Konstruktion wird die Verwendung von hochwertigem Hartholz wie Teak oder Zeder empfohlen. Ein Profil von 80 mm x 50 mm ist ideal. Viele Holzhändler bieten den Service, das Holz auf die gewünschte Länge zu schneiden und weiter zu bearbeiten.
Die Qualität der Eckverbindungen ist entscheidend für die Witterungsbeständigkeit des Rahmens. Hier stellen wir verschiedene Rahmeneckverbindungen vor. Nuten oder Falze für die Aufnahme der Absorberplatte und der Glasabdeckung können mit einer Kreissäge ausgeschnitten werden. Die ausgeschnittenen Streifen dienen dann als Leisten für die Verglasung. Nach Fertigstellung des Rahmens sollten zwei 11 mm Löcher in die Seiten gebohrt werden, um den Ein- und Ausgang für die Kupferrohre zu schaffen. Diese Löcher sollten je nach Bedarf ca. 5 cm von der Ober- oder Unterseite des Rahmens entfernt sein.
Wenn Sie zwei Paneele in Ihrem System verwenden, benötigen Sie ein linkes und ein rechtes Paneel, die in der oberen Mitte miteinander verbunden werden. Die Ein- und Auslässe sollten sich an den gegenüberliegenden unteren Ecken befinden, um bei kaltem Wetter einen einfachen Abfluss zu ermöglichen. Bei Verwendung von drei oder mehr Paneelen in Parallelschaltung können alle Paneele identisch sein.
Marine-Sperrholz ist am besten für die Bodenplatte geeignet, aber 4 mm dickes Außensperrholz kann auch verwendet werden. Nach dem genauen Ausmessen des Rahmens sollte die Verstärkungsplatte zugeschnitten und an der Unterseite des Rahmens befestigt werden. Alternativ kann eine Nut in den Rahmen gefräst werden, die ca. 1 cm von der Unterseite entfernt ist, und in die die Verstärkungsplatte eingelegt wird, bevor die vierte Seite des Rahmens angebracht wird. Dies führt zu einem saubereren und haltbareren Ergebnis.
Abschließend sollte sowohl der gesamte Rahmen als auch die Unterlegplatte mit einem hochwertigen Holzschutzmittel behandelt werden, um eine langlebige Oberfläche zu gewährleisten.
Das Kupferrohr lässt sich ganz enfach mit Hilfe einer Flasche biegen
Schritt #2: Kupferrohre vorbereiten
Der nächste Schritt in Ihrem Projekt ist die Anfertigung des gewundenen Kupferrohrs, das als Wasserweg dient. Je enger die Biegungen, desto mehr Rohrmaterial können Sie im Paneel unterbringen, was wiederum die Effizienz der Wärmeübertragung auf das Wasser erhöht. Allerdings sollten die Biegungen nicht zu eng sein. Das am besten geeignete Material ist 10 mm geglühtes Kupferrohr, das häufig in Zentralheizungssystemen verwendet wird. Es ist bei Fachgeschäften für Heizung und Sanitär sowie bei spezialisierten Online-Händlern erhältlich. Das Rohr wird in flexiblen Spulen unterschiedlicher Längen geliefert und ist leicht formbar.
Für präzise Biegungen ist eine spezielle Handbiegemaschine empfehlenswert, da sie einen gleichmäßigen Wasserfluss im System sicherstellt. Da Kupfer ein weiches Metall ist, besteht ohne eine solche Maschine die Gefahr, dass das Rohr beim Biegen abgeflacht oder gequetscht wird. Dies könnte den Wasserfluss einschränken und die Effizienz des Systems verringern. Wenn das Rohr dennoch geknickt oder gequetscht wird, können Sie versuchen, es wieder in Form zu bringen, indem Sie es auf ein Holzstück legen und vorsichtig mit einem Holzhammer darauf klopfen. Wenn Sie keine Biegemaschine zur Hand haben, kann das Aluminiumrohr auch mit Hilfe einer Flasche gebogen werden.
Eine bewährte Methode für das Biegen des Rohrs ist, zunächst einen Abschnitt von der Spule abzuziehen und ihn auf dem Boden auszurichten. Auf diese Weise haben Sie ein langes, gerades Stück Kupfer, das Sie dann in die gewünschte Form biegen können. Nach dem Formen sollte das Rohr an einem Draht aufgehängt und mit mattschwarzer Farbe aus einer Sprühdose beschichtet werden.
Herstellen der Absorberplatte
Schritt #3: Absorberplatte herstellen
Für Ihr Projekt sollten Sie genügend Aluminiumbleche der Größe 1400 x 800 x 2 mm oder einer anderen Größe, die in die von Ihnen konstruierte Wanne passt, kaufen. Reinigen Sie zunächst beide Seiten des Aluminiumblechs gründlich, um eventuelle Ölspuren zu entfernen. Drehen Sie dann die glänzende Seite des Blechs um und rauen Sie die Oberfläche mit Schmirgelpapier leicht an. Dadurch werden nicht nur Ölspuren entfernt, sondern auch die Haftung der Farbe verbessert. Verwenden Sie kleine, kreisförmige Schleifbewegungen, um das gesamte Blech gleichmäßig zu bearbeiten.
Als nächstes wird eine hochwertige Grundierung aufgetragen, z. B. Zinkchromat oder Rotoxid. Es wird empfohlen, Farbe und Grundierung aus der Spraydose aufzutragen, um eine gleichmäßig dünne Schicht auf dem Absorberblech zu erhalten. Diese Methode hat den Vorteil, dass die Beschichtung schneller trocknet und ein ansprechendes Finish ergibt. Die Farbe trocknet in der Regel innerhalb von zehn Minuten und härtet über Nacht vollständig aus.
Schritt #4: Befestigen des Kupferrohrs an der Absorberplatte
Nachdem die Farbe getrocknet ist, positionieren Sie das geformte Kupferrohr auf der schwarzen Seite der Aluminium-Absorberplatte. Achten Sie darauf, dass jedes Querstück des Rohrs leicht erhöht ist, damit das Wasser stets zum unteren Auslass abfließt. Im nächsten Schritt bohren Sie eine Reihe kleiner Löcher in die Absorperplatte, jeweils zwei an jeder Seite der Querstücke des Rohrs. Diese Löcher dienen zur Aufnahme eines Drahts, der das Rohr fest an der Absorberplatte hält und so eine effiziente Wärmeübertragung zum Wasser im Rohr sicherstellt.
Legen Sie das geformte Kupferrohr auf die Platte und ziehen Sie einen stabilen Draht durch die gebohrten Löcher und über das Rohr. Ein einzelnes Drahtstück ist ausreichend. Führen Sie ein Ende des Drahts durch das erste Loch, über das Rohr und durch das zweite Loch, und wiederholen Sie diesen Vorgang, bis alle Querstücke des Rohrs abgedeckt sind. Je mehr Drahtschlaufen Sie verwenden, desto besser wird der Wärmekontakt zwischen dem Kupferrohr und der Absorberplatte sein.
Als Alternative können Sie kleine Kupferklammern an jedem Befestigungspunkt verwenden, die mit kleinen selbstschneidenden Schrauben oder Muttern und Bolzen fixiert werden können. Beachten Sie jedoch, dass solche Klammern schwer zu finden sein könnten, da die meisten kleinen Rohrschellen heutzutage aus Kunststoff bestehen und für hohe Temperaturen ungeeignet sind.
Eine weitere Option wäre, das Kupferrohr mit speziellem Lötzinn und Flussmittel an das Aluminiumblech zu löten. Dieser Prozess erfordert jedoch sorgfältige Überwachung und ist eher nicht für Hobbyhandwerker zu empfehlen.
Aufbau, wenn zwei Module miteinerander verbunden werden sollen
Schritt #5: Mit Mineralwolle und Alufolie dämmen
Die Absorberplatte ist nun für die Montage in der Paneelwanne vorbereitet, doch zuerst muss die Isolierung installiert werden. Legen Sie eine 8 cm dicke Schicht aus Glasfaserwolle in die Wanne, die komprimiert wird, sobald die Absorberplatte darauf platziert wird. Zwischen der Glasfaserwolle und der Platte kann zusätzlich eine Schicht Aluminium-Backfolie eingelegt werden, wobei die glänzende Seite zur Platte hin ausgerichtet sein sollte. Dies dient dazu, Wärmeverluste zu minimieren, indem die Wärme zurück zur Platte reflektiert wird.
Setzen Sie die Absorberplatte in die Wanne ein und achten Sie darauf, dass die Enden der Ein- und Auslassrohre zunächst zurückgebogen und dann durch die 11 mm großen Löcher an den Seiten der Platte geführt werden. Die Platte kann durch Holzleisten fixiert werden, die an den Seiten des Innenrahmens angeschraubt sind.
Als letzten Schritt sollten Sie die Platte und die Innenwand des Holzrahmens mit einer Schicht mattschwarzer Farbe versehen. Dies dient nicht nur der Ästhetik, sondern auch dazu, eventuelle Kratzer, die durch den Draht verursacht wurden, zu überdecken.
Schritt #6: Einsetzen der Glasscheibe
Die Absorberplatte ist nun für die Verglasung vorbereitet. Für diese Plattengröße wird 4 mm dickes Floatglas empfohlen. Obwohl 3 mm Floatglas für Paneele bis zu einer Größe von 10 m² geeignet ist, neigt es bei größeren Flächen zur Zerbrechlichkeit. Das 4-mm-Glas bietet eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 88 bis 90 Prozent und einen Reflexionsgrad von 8 Prozent. Dickeres Glas weist eine geringfügig niedrigere Durchlässigkeit auf.
Gehen Sie beim Umgang mit dem Glas äußerst vorsichtig vor und ziehen Sie in Erwägung, es vom Glaser liefern zu lassen. Messen Sie die Innenseite des Rahmens sorgfältig aus und lassen Sie das Glas entsprechend zuschneiden. Zwischen dem oberen Ende der Kupferrohre und der Glasabdeckung sollte ein Abstand von 15 mm eingehalten werden, da ein größerer Spalt die Effizienz des Systems verringern würde.
Nachdem Sie das Glas in die Wanne eingelegt haben, fixieren Sie es mit Holzleisten und versiegeln Sie die Ränder mit einer hochwertigen Dichtungsmasse, um Feuchtigkeit abzuhalten.
Nach der Fertigstellung der Solarmodule sollten diese bis zur weiteren Verwendung an einem sicheren Ort aufbewahrt werden. Um Schäden an den Ein- und Auslassrohren zu vermeiden, ist es ratsam, die Module aufrecht zu lagern. Da die Paneele recht schwer sind, empfiehlt es sich, sie mit Unterstützung zu transportieren.
Nach einem Bauingenieurstudium und einer Ausbildung zum Online-Redakteur folgten 10 Jahre als bautechnischer Redakteur bei einer Internet-Agentur. Dort hat er zum Beispiel ein Baulexikon mit über 15.000 Begriffen aufgebaut, das zeitweise auch von OBI genutzt wurde. Eine Auskopplung davon mit speziellen Begriffen rund um den Fertighausbau ist noch auf fertighaus.de zu finden.
Es folgten 10 Jahre als Webtexter beim wohl größten Bad-Onlinshop Deutschlands. Dort war er dafür zuständig, dass die Seite für alle Begriffe rund ums Badezimmer (und Leuchten) gut bei Google rankt. Außerdem war er dort verantwortlicher Redakteur für das Magazin.
Aktuell arbeitet er als Content-Manager beim VDI Verlag. Dort kümmert er sich um all die technischen Themen, die Ingenieure interessiert.
Seit 2012 betreibt er bauredakteur.de und schreibt hier über Themen rund um Bauen, Wohnen, Einrichten und Garten.
