14.01.2018 14:50
Leyonardo 
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Re: Prinzipielle Betrachtungen zum Bau eines Versuchs-Luftkollektors
Hallo,
wie ich schon weiter vorne beschrieben habe, komme ich dieses Jahr nicht dazu meine geplante Solarluftkollektoranlage zu bauen. Damit das Jahr aber nicht verloren ist, will ich ja ein paar Kollektorbahnen als Testkollektoren aufbauen um Messwerte zu gewinnen. Die Kollektoren sollen auf einem modularen Kollektor basieren, den ich schon vor 2 bis 3 Jahren entworfen und einge Teile dazu gebaut hatte.
Zu meiner geplanten Luftkollektoranlage muß ich allerdings vorausschicken, dass anders als hier im Forum meist üblich, die Kollektoren auf dem Dach aufgebaut werden sollen.
Das hat verschiedene Gründe. Rund um mein Haus stehen Bäume, die einen Großteil der Wände verschatten und viele davon gehören nicht mir und dann hab ich auf den sonnigen Seiten viel Glas. Der zweite und fast noch wichtigere Grund ist, dass der Vorbesitzer meines Hauses das Dach mit diesen blöden Pappschindeln belegt hat. Die sind jetzt in den letzten Jahren so marode geworden, dass ich das Dach demnächst neu decken muss. Da die Dachbalken möglicherweise für schwere Ziegel nicht geeignet sind, muss eine andere Lösung her (aber auf jeden Fall nicht dieses primitive Teerpappezeugs). Der dritte Grund hat etwas mit diffuser Solarstrahlung zu tun, ist erst später dazugekommen und den werde ich auch später genauer erklären.
Mit einem Dachdecker, der für mich im Dach einen tollen warmen Wintergarten eingebaut hat, habe ich verschiedene Lösungen diskutiert. Dabei hatte ich eine Luftkollektoranlage schon im Sinn. Weil ich gleichzeitig das Dach energetisch sanieren will, sollen zwischen den Balken lose Holzfasern eingebracht werden und darauf Holzfaserdämmplatten. Die Oberfläche des Dachs besteht dann aus dem Dämmstoff Holzfaser.
Meine Idee war es nun, darauf direkt die Kollektoren aufzubauen. Gleichzeitig sollten die Kollektoren auch eine dichte Dachhaut bilden. Und zu schwer sollte die Lösung auch nicht sein. Deswegen habe ich mir Gedanken gemacht, wie eine solche Kollektorfläche kostengünstig gebaut werden kann.
Isolierung unter dem Kollektor ist also schon vorhanden und sollte auch dafür genutzt werden. Die Kollektoren bestehen im wesentlichen aus Metall und Glas. Zum damaligen Zeitpunkt hatte ich einen unterströmten Kollektoraufbau gewählt, weil ich hohe Temperaturen erreichen wollte, wußte aber noch nichts von Fieberglasnetzen. Ich kannte nur den Aufbau von Veco und konnte mich damit nicht richtig anfreunden.
Glas als Abdeckung habe ich gewählt, weil ich an der Anlage auf dem Dach möglichst nie mehr was machen will. Damit auch bei Hagel nix zerbricht, sind ESG-Scheiben verwendet und das Format der Kollektoren ist nur 1000mm x 600mm. Und wenn der Kollektor hohe Stillstandstemperaturen hat, lacht Glas nur darüber, biegt sich nicht durch und verändert seine Größe kaum. Das ergibt gleichzeitig ein geringes Gewicht je Kollektor (7,2kg), so dass die Dinger auf dem Dach auch gut verbaut werden können. Die Maße entstanden aus praktischen Erwägungen, die mit dem Dach und den Maßen der zur Verfügung stehenden Materialien zu tun haben.
Für die Absorberfläche habe ich dünnes Alublech gewählt, weil das ebenfalls hohe Temperaturen verträgt, leicht zu bearbeiten ist und auch langzeitstabil ist. Auf dem Alublech haftet auch die Solarfarbe gut.
Befestigt werden die Kollektorelemente auf Aluschienen, wie sie für die Solartechnik verwendet werden.
Das klingt auf den ersten Blick nicht danach, dass sowas einfach aufzubauen ist und schon gar nicht, dass sowas preiswert sein könnte. Ich bin jedoch der Meinung, dass die meisten Forumsmitglieder sowas durchaus ohne Probleme nachbauen könnten, nach dem was ich hier an tollen Anlagen schon gesehen habe. Und die Preise liegen, denke ich durchaus günstig, wie ich nachfolgend zeigen werde. Allerdings basieren die Preise auf einer Fläche von 100qm, die ich damit abdecken will (bzw. muss, um das Dach dicht zu kriegen). Allerdings werden sich die Preise bei nur 10qm wohl kaum verdoppeln.
Bild 1: Glasscheiben
Bild 2: Kollektorblech
Bild 1 zeigt die ESG-Scheiben (1000mm x 600mm), die ein Glashändler nicht weit weg von mir geliefert hat.
Bild 2 zeigt das Aluminiumblech, das Absorber und auch teilweise Gehäuse bildet. Es ist 0,5mm dick, uneleoxiert, aus AlMg3 und entstand in dieser Abmessung, indem der Lieferant eine Tafel einfach in drei Teile abstanzte. Das Blech habe ich, wie man sieht, gebogen. Dazu habe ich mir eine kleine Biegemaschine gekauft, womit ein Blech dann innerhalb von weniger als 15 Minuten gebogen ist. Die Biegemaschine werde ich dann wieder verkaufen, wenn alles erledigt ist.
Ich gebe zu, dass das nicht unbedingt eine Möglichkeit für jeden Heimwerker ist, aber ich habe auch Ideen dazu, wie man alles mit zugelieferten Bauteilen zusammenbauen kann. Eine Kappsäge mit einem Alusägeblatt wäre aber schon brauchbar.
Das Blech muss in einem weiteren Schritt auf seiner dem Glas zugewandten Oberfläche geschwärzt werden. Dazu habe ich die Blechoberfläche mit Ethanol gereinigt und mit Solarlack beschichtet. Solarlack habe ich damals verwendet, weil ich sicher gehen wollte, heute würde ich sicher auch eine preiswertere schwarze Farbe verwenden, die temperaturfest ist. Allerdings habe ich weniger Farbe benötigt als angegeben war.
Bild 3: Kompletter Kollektor
Bild 4: Detail Klebung
Bild 3 zeigt den komplett zusammengebauten Kollektor, der aus der Glasscheibe, dem Absorberblech und einer seitlichen Abschlußleiste besteht. Die Glasscheibe ist mit einem speziellen Kleber am Absorberblech angeklebt. Nach ersten Versuchen, einfach den Kleber zwischen Scheibe und Blech einzuspritzen, habe ich mir eine kleine Vorrichtung gebaut, die die Kleberraupe gleichmäßig macht. Mich hat einfach gestört, dass die Kleberraupe am Anfang so versaut ausgesehen hat.
Bild 4 zeigt ein Detailfoto, auf dem das Glas, das Absorberblech und der schwarze Kleber zu sehen sind. Der Kleber ist etwa 4mm dick, also dünner als es auf dem Foto aussieht. Das eingeklebte Aluprofil ist ein U-Profil von 12mm x 12mm. Es dient zum Erweitern der Kollektoren in der Länge. Hier wird einfach ein Profil von 10mm dazwischengesteckt und zwei Kollektorsegmente sind damit verbunden (kann dazwischen mit dem gleichen Kleber abgedichtet werden).
Ich muß noch darauf hinweisen, dass meine Scheiben geklebt sind. Das geht in Deuschland nur mit einem Kleber, der für "structural glasing" zugelassen ist. Den kriegt man scheinbar nicht oder wenn, ist er unbezahlbar. Nach Angaben vom Hersteller meines Klebers macht der das auch, aber ohne Zulassung. Eine andere Möglichkeit sind fertige Systeme mit Abdeckleisten, die sind aber halt wieder wesentlich teuerer und sehen meiner Meinung nach auch nicht so schön aus, wie eine glatte Oberfläche. Oder man klebt und verwendet zur zusätzlichen Sicherung Klammern aus dem PV-Solarbereich. Dann sind die Kosten wieder OK.
Aber, bitte beachten: reine Klebung ist bei uns ohne Zertifikat nicht zulässig! Und ich würde es für senkrechte Flächen lieber nicht anwenden.
Bild 5: Befestigungsdetail
Bild 5 zeigt das Aluprofil, das als Rahmen dient und die Befestigung des Absorberblechs. Hier ist das Blech mit dem Aluprofil über eine Einschubmutter aus Alu und eine Madenschraube aus Edelstahl so etwa alle 25cm befestigt. Soll der Kollektor in der Breite erweitert werden, wird im Befestigungsprofil links mit der gleichen Mutter ein weiteres Blech befestigt. So kann eine Anlage gebaut werden, die in der Breite in Stufen von 60cm und in der Länge in Stufen von 100cm erweitert werden kann. Damit kann ich die Fläche meines Dachs einigermassen variabel belegen. Dort wo was übrig ist, wird ein weiteres passgenaues Blech gebogen, dass u. U. auch als Ortgangblech ausgebildet werden kann.
Keine Angst, ich bin kein Handwerker, die Fachbegriffe habe ich mir auch nur angelesen!
Geht wirklich mal eine Scheibe zu Bruch, müssen ein paar Schrauben gelöst werden und eventuell eine Kleberfuge aufgeschnitten werden.
Damit sowas allerdings nicht wegen Verspannungen oder Verzug, die am Bau wohl kaum zu vermeiden sind, passiert, habe ich quasi mit dem Blech eine Sicherung eingebaut. Das 0,5mm starke Alublech ist flexibel genug um seitliche Bewegungen im Bereich von einigen Millimetern abzufangen. Zwischen den Längsverbindungen kann eine relativ breite Dehnungsfuge notfalls auch 2 bis 3mm Bewegung abfangen, bevor sie reisst. Die seitlichen Fugen, die beim Erweitern entstehen, müssen eigentlich nicht geschlossen werden. Wasser kann reinlaufen und läuft im Profil nach unten (z. B. Richtung Dachrinne). Aber aus thermischen Isolierungsgründen werde ich dort wohl irgend ein EPDM-Schaumisolierprofil einkleben.
Zu den Kosten:
Ich habe alle Komponenten entweder im Umkreis von 50km bekommen (z. B. Glas und Alu) oder übers Internet in Deutschland bestellt. Es lohnt sich auf jeden Fall bei mehreren Lieferanten anzufragen. Beim Glas habe ich die Erfahrung gemacht, das eine Spanne bis zum Dreifachen problemlos drin ist. Also umgucken. Das Blech habe ich von einem Metallhandel, der es auch für einen kleinen Betrag zuschneiden konnte. Biegen war allerdings ein Problem, so dass ich mich entschlossen habe mir selbst eine Biegemaschine zu kaufen. Aber wie gesagt das geht auch ohne (andere Ausführung).
Alle Preise für 0,6qm Kollektorfläche (inkl. MwSt., allerdings teilweise ohne Beschaffungskosten):
* ESG-Glas (0,6qm, mit Stempel von deutschem Hersteller, je Stück): 5,10 €
* Alublech (0,6qm, AlMg3, 0,5mm dick, blank, je Stück): 6,40 €
* Solarlack (5kg = 185,-€, je Blech ca.): 1,50 €
* Spezialkleber (Ottocoll S7, Kartusche 300ml = 5,60€, je Kolli ca.): 2,80 €
* Alu-U-Profil (12mm x 12mm, 6m, je Kolli): 1,00 €
* Befestigungsprofile (40mm x 40mm, 6m lang, Alu blank, je m): 3,30 €
(für die gesamte Fläche wird zusätzlich je 1 m benötigt)
* Alueinschubmutter (6mm, 1 Stück = 0,09€, 4 Stück je Kolli): 0,36 €
* Arbeitszeit (unbezahlbar :-() -,00 €
Gesamtkosten für einen Kollektor: ca. 21,-€
Ich muss noch dazu sagen, dass ich für einige Materialien ewas ungewöhliche Einkaufsquellen gefunden habe, wie z. B. ein Solarportal, das überzählige Artikel anbietet.
Ich hoffe ich hab jetzt niemanden mit diesem riesigen Text erschlagen. Drum hör ich hier auf und beschreib das nächste Mal, wie ich auf dieser Basis Versuchskollektoren mit Abwandlungen draus bauen will.
Bis dann
Herbert
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