Solarpunk ist die Zukunft (Blackhole 6000 Warmlufterzeuger)

In Mitteleuropa strahlt die Sonne zwar nicht so schön warm und oft, wie in südlicheren Gefilden, jedoch ist die Energiemenge, die daraus gewinnbar ist schon nicht zu verachten. Der Anwendungsfall, um den es hier gehen soll, ist die Erzeugung von warmer Luft, um ein etwas kühles, tendenziell feuchtes Gebäude etwas trockener und wärmer zu machen – und zwar zu null laufenden Betriebskosten.

intro

Die Grundidee: eine flache große Kiste, sonnenseitig verkleidet mit einer wärmedämmenden Verglasung, innen mattschwarz, um möglichst viel Energie aus dem Sonnenlicht zu absorbieren und damit durchströmende Luft zu erwärmen. Auf das Prinzip aufmerksam gemacht hat mich mein Freund Roland Walter, dessen AVR-Microcontroller-Lehrbuch ihr vieleicht kennt.

Nach einigen Recherchen, grob überschlägigen Schätzeisen-Kalkulationen, Standardabmasse-Überlegungen für die Verglasung und Abschätzung des verbrauchbaren Platzes habe ich dann beschlossen, das System auf sechs Quadratmeter zu dimensionieren. Daher heisst das Gerät auch Blackhole 6000.

Ein weiteres Ziel des Experimentes war, die Baukosten einigermaßen im Rahmen zu halten. Daher kam als Basismaterial das billigste für Aussenanwendungen imprägnierte Holz zum Einsatz: Schalbretter. Nicht direkt das Holz, aus dem man sein Hochbett bauen würde, aber für den Anwendungszweck recht brauchbar.

kiste1

So sieht der Rohbau der Kiste aus, auf der Rückseite mit ein paar Latten verstrebt, damit das Ganze auch hält.

Die Innenseite wurde dann im ersten Arbeitsgang schwarz gestrichen. Für die Auswahl der Farbe habe ich ein paar Experimente gemacht, indem ich die verschiedenen billig erhältlichen Mattschwarz-Varianten auf ein Brett gekleckst und in die Sonne gestellt habe, um dann die Temperatur darauf zu messen. Die Unterschiede waren hinreichend gering, daß am Ende einfach alles was da war verstrichen wurde. (Der Lackgeruch ist nach einer Woche komplett weg, also erstmal eine Woche Testbetrieb ohne Innenraumanschluss fahren, danach riecht es angenehm nach frischem Holz.)

kiste_schwarz

Hinweis für Nachbauer: gebt euch nicht mit Sprühdosen für die großen Flächen ab, das war ein teurer Fehlversuch. Das meiste haben wir mit Ultramatt-Schwarz aus dem Baumarkt aus dem Topf gepinselt. Geht schneller und ist viel billiger.

Als nächsten ging es dann an die Strukturierung des Innenraums für einen halbwegs ausgeglichenen Luftstrom. Dazu wurde ein Rohr von der am weitesten vom Auslass (der ganz rechts ist) entfernten linken Kammer zur Mischkammer verlegt und Bohrungen von der mittleren und rechten Kammer angelegt. Mehr zu Optimierungsüberlegungen weiter unten.

mischkammer

Im Netz gibt es in diversen Foren allerhand Überlegungen dazu, wie man die Kontaktfläche der durchströmenden Luft mit von der Sonne erwärmten Oberflächen verbessern kann. Das sinnvollste, auch unter dem Gesichtspunkt eines möglichst diffusen, verteilten Luftstroms schien mir Metall-Insektengitter zu sein. Also haben wir in jede Kammer eine Welle aus diesem Gitter verlegt, mit Drähten als Abspannung.

drahtdiffusor

Da es das Gitter nur in blank gab (wenn es schwarz ist, ist es meistens aus Plaste!) musste auch es nochmal schwarz lackiert werden. Dazu sind schwarze Ofenlack-Sprühdosen ganz gut geeignet, rechnet aber mal eher so eine Dose pro 1,5 Quadratmeter.

drahtgitter_schwarz

Die Verglasung besteht aus dem billigsten, was ich an geeignetem Material finden konnte, Polycarbonat 3-fach-Stegplatte, 16 mm, transparent, einseitig UV-gehärtet, damit es nicht vergilbt. Ich hab die für so 18€ pro Quadratmeter im Internet gefunden, fertig zugeschnitten in 2000×980 mm. Dazu gab es die passenden Befestigungsprofile, was die Anbringung deutlich erleichtert.
Man kann hier natürlich auch ordentliche Isolierverglasung nehmen, das ist nur viel teurer, wenn auch vermutlich ergiebiger.

Fertig zusammengebaut sieht das ganze dann so aus:

box_fertig

Nicht vergessen sollte man auf jeden Fall die Lufteinlässe auf der Unterseite. Wir haben die so gebohrt, daß die Luft erstmal unterhalb der Drahtgitterwelle einströmt, so daß es keinen schnellen Strom entlang der Verglasung vorne gibt.

lufteinlaesse

Die Anordnung ist so unregelmäßig, weil wir den Haltewinkeln auf der Innenseite ausweichen mussten.

Von der Rückseite habe ich dann noch die Temperaturfühler durch Löcher durchgesteckt, zur Anwendung kamen die billigsten One-Wire 18DS20-Sensoren, die ich im 10er-Pack in Edelstahl-verkapselt finden konnte. Unter 2€ das Stück, da kann man schon mal ein paar mehr verbauen. Als Ausleseelektronik für die Sensoren kommt ein Arduino zum Einsatz.

sensor

Den Luftstrom durch die Kiste zieht ein 12V-Lüfter, der aus dem Bootsbedarf stammt und zur Entlüftung von Motorräumen etc. gedacht ist. Ausgewählt habe ich den, weil er problemlos mit einer Solarzelle betreibbar ist (siehe: keine laufenden Betriebskosten), halbwegs gut zu den 100mm-Lüftungsrohren passt, auf die wir uns zum Lufttransport standardisiert haben und weil er für etwas feucht-rauhe Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Ausserdem ist er billig. Nachteil: leider etwas lauter als erwartet.

fan

Die Solarzelle zum Betrieb des Lüfters dachte ich halbwegs großzügig dimensioniert zu haben, ein Polykristalin-Panel (siehe: billig) mit 130W bei 12 Volt, also so grob 10A bei Vollbescheinung. Der Lüfter schluckt etwa 6A bei 12V, also 72 Watt.

Der Gesamtaufbau sieht am Ende so aus:

overview

Da das zu beheizende Gebäude leider knapp 10 Meter vom Aufstellort entfernt steht, war noch die Verlegung eines isolierten Aluflexrohres aus der Lüftungstechnik nötig (jaja, das kommt die Tage nochmal in eine feste Hülle…).

Das Ergebnis an einem auch nur ansatzweise leicht sonnigen Tag übertraf die Erwartungen deutlich. 25 Grad über der Innentemperatur lag der Luftstrom und es wurde noch besser!

Hier die Daten von fünf Tagen, wobei der erste Tag praktisch durchgehend blauen Himmel hatte.

Auslass_Haus

Blau ist die Temperatur am Auslass der Kiste, also in der Mischkammer direkt vor dem Stutzen des Lüfters. Rot ist die Temperatur nach 10m isoliertem Rohr, die im Haus ankommt. Wenn die Sonne ordentlich brät ist das schon mehr wie ein Fön!

Wir sehen weiterhin, daß die Solarzelle etwas zu gering dimensioniert ist, weil der Lüfter morgens und abends noch Wärme in den Kammern lässt. Die Temperatur im Haus fällt früher ab, als die am Auslass. Vielleicht packe ich da noch ein Panel extra dazu.

Auch sehr interessant ist die Temperatur in den drei Kammern. Erwartungsgemäß scheint die Luft aus den vom Auslass entfernteren Kammern (Links und Mitte) weniger schnell angesaugt zu werden. Oder die Kammer Links wird wärmer, weil sie etwas größer ist (Mitte hat das Durchlassrohr von Links, Rechts die Mischkammer als Flächenreduzierung). Hier gibt es also noch ein kleinwenig Forschungs- und Optimierungspotential.

Kammervergleich

Auch noch optimierbar ist auf jeden Fall die Isolation der Kiste. Derzeit ist das nur ein reiner Holzaufbau ohne Isolierplatten, der durch die Austrocknung des Holzes Spalten entwickelt hat, die die beim Bau eingebrachten Silikon-Dichtungen nicht zu halten vermochte.
Bis zum Winter werden wir da sicher noch was dran machen, das dürfte die erreichbaren Temperaturen und die Effizienz nochmal einige Grad nach oben bringen.

gaps

Deutlich sichtbar sind die Spalten zwischen den Rückseiten-Platten, durch die die Sonne scheint. Interessanterweise wird dort nur Luft eingesogen.

Zwischenfazit:
Es gibt noch einiges zu optimieren, aber das Ergebnis kann sich schonmal deutlich sehen lassen. Im Haus kommt auch bei leichter Bewölkung ein kontinuierlicher, deutlich warmer Luftstrom an. Mindestens 15 Grad Differenz zur Innentemperatur liegen eigentlich immer vor, wenn die Sonne knallt auch gerne mal 40+ Grad Differenz. Solarpunk ist die Zukunft!

Materialliste:

Verglasung & Anbauprofile

Lüfter

Solarpanel

Holz, Winkel, Schrauben etc. billigst möglich im lokalen Handel beschafft. Farbe: Offenrohrlack mattschwarz bzw. Lack für Aussen Ultramatt-Schwarz aus dem Baumarkt.

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