LowTech-Haus Göttingen

Kochen mit Sonnenlicht: Ein DIY Parabol-Solarkocher

Kochen verbraucht viel Energie. In einem LowTech-Haus zu leben, bedeutet stets den eigenen Energieverbrauch so zu gestalten, dass man möglichst selbstwirksam, günstig und nachhaltig handelt. Deshalb bietet es sich an frei zugängliche Energiequellen wie die Sonne direkt zu nutzen.

Ein elektrisches Kochfeld, das von einem PV-Panel betrieben wird ist recht teuer, energetisch verlustreich und extrem materialintensiv. Auch wenn wir nicht per se gegen diese Technologien sind, halten wir sie nicht für den für uns sinnvollsten Weg Sonnenenergie zum Kochen zu nutzen.

Solarkocher gibt es in verschiedenen Modellen, denen unterschiedliche Konzepte zu Grunde liegen. Sie alle haben aber gemein, dass sie die Energie der Sonnenstrahlen ohne Umwege zum Erhitzen von Lebensmitteln nutzen und somit vorgeschaltete Energieumwandlungen vermeiden. Wir hatten uns für einen Parabolkocher entschieden, der eine reklektierende Parabolschüssel nutzt um parallel einfallende Strahlen auf einen Brennpunkt zu fokussieren.

Der Bau

Um die Form unserer Parabel zu berechnen hatten wir zwei Vorgaben: die Schattenfläche des Kochers sollte 1 m² und die Brennweite 50 cm betragen. Die angestrebte Fläche gibt einen Radius von 56 cm vor, die Brennweite einen Parameter a von 0.005 für die quadratische Funktion.

Unsere baulichen Ziele bestanden hauptsächlich in möglichst geringen Kosten und geringem Gewicht. Wir entschieden uns deshalb für eine Karton-Konstruktion, die sich weitestgehend an einer Bauanleitung von desertsun02 orientiert.

Zuerst haben wir für die Grundläche zwei Halbkreise mit einem Radius von 60 cm aus der Pappe von zwei Umzugkartons ausgeschnitten. Der Radius ist größer gewählt, damit die Kante der Grundfläche zum Greifen des fertigen Parabolkochers übersteht. Die Halbkreise wurden zu einem Kreis zusammengefügt.

Dann zeichneten wir eine Parabel auf dem Karton vor, indem wir für alle zwei Zentimeter gemäß unserer quadratischen Formel f(x) berechneten und markierten. Die Punkte wurden dann zu einer Kurve verbunden und unter der Kurve fügten wir 2 cm hinzu bevor wir die Form ausschnitten. Sie diente als Vorlage für weitere Stücke, bis wir insgesamt 24 Rippen hatten. Das innere Ende dieser Rippen wurde um 1 cm gekürzt, damit es in der Mitte des Kochers eine kreisförmige Freifläche mit einem Radius von 1 cm gibt. Diese soll uns die Option offen halten, dort bei Bedarf eine Anbringung für ein Dreibeinstativ anzuschrauben.

Damit die Rippen aufrecht auf der Grundfläche stehen brauchen diese seitliche Stützen. Deshalb haben wir 1 x 1 cm breite Fichtenleisten in zirka 5 cm lange Stücke gesägt. Diese Stützen wurden dann mit jeder Rippe zusammen mit Holzleim auf die Grundfläche geklebt mit je vier Stützen pro Rippe, zwei auf jeder Seite. Die Position der Stützen wurde so gewählt, dass immer die Falten im Karton gestützt wurden. Eine Aufteilung der Grundfläche in 24 möglichst gleichgroße Segmente diente beim Aufkleben als Orientierung.

Im nächsten Schritt haben wir die Außenenden der Rippen mit rechteckigem Karton verbunden. Die Höhe entsprach dabei der Höhe des Rippenendes. Die Breite war wegen kleinen Ungenauigkeiten bei der Aufteilung des Kreises (dies geschah bei uns ohne Geodreieck sondern mit Zirkel und Lineal) variabel und wurde zuvor ausgemessen.

Nach vielen Stunden des Klebens und Trocknens war das Skelett des Parabolkochers fertig. Dieses kleideten wir nun mit dünnerem Zeichenkarton aus. Wir schnitten den A2-Karton so, dass daraus ohne Verschnitt acht gleichschenklige Dreiecke hervorgingen. Diese Dreiecke klebten wir dann überlappend auf das Skelett. Die Auskleidung wurde mit Trapezen vervollständigt, die den Raum zwischen Dreieck und Außenkante auffüllen. Auch diese wurden mit Überlapp geklebt.

Nach der fertigen Auskleidung haben wir die Fläche mit Spiegeleffektfolie verspiegelt. Die Dreiecke wurden in der gleichen Dimension wie beim Zeichenkarton ausgeschnitten, aber nach Gefühl und mit weniger Überlapp aufgeklebt, weshalb weniger Spiegelfolien-Dreiecke als Karton-Dreiecke gebraucht wurden. Den Äußeren Ring verspiegelten wir zuletzt nicht mit Trapezen sondern einfach mit 15 x 15 cm Quadraten, deren Überhang über die Außenkante einfach mit einem Teppichmesser getrimmt wurde.

Die gesamte Konstruktion hat für zwei bis drei Menschen, die einen solchen Spiegel zum ersten Mal bauten und es nicht allzu eilig hatten, einen ganzen Tag beansprucht.

Der Versuch

Am nächsten Tag haben wir den Parabolkocher getestet. Es war sehr sonnig, leicht windig und zirka 15 °C warm. Wir haben den Versuch in der Vormittagssonne durchgeführt. Als Kochfläche haben wir einen improvisierten Dreibeinstand aus drei verknoteten Metallrohren genutzt. Von diesem hing ein Kochtopf mit zirka 1 l kaltem Wasser. Den Parabolkocher haben wir nach der Sonne ausgerichtet und den Brennpunkt mit einem Stück Pappe bestimmt (dieses fing nach wenigen Sekunden im Brennpunkt an zu qualmen). An diese Stelle haben wir den Topf gehängt, sodass der Boden beziehungsweise der untere Teil des Topfmantels im Brennpunkt war.

Der Topf wurde an der Stelle um den Brennpunkt sehr schnell so heiß, dass man ihn nich anfassen konnte, es brauchte aber ein wenig Zeit bis dies auch für die Rückseite des Topfes galt. Nach ungefähr 30 min haben wir den Parabolkocher neu ausgerichtet, als wir bemerkten, dass sich der helle Brennpunkt am Topf mit der wandernden Sonne veschoben hatte. Das Wasser fing nach insgesamt 35 min an zu kochen. Wir haben den Parabolkocher aus der Sonne gedreht und sicherheitshalber mit der verspiegelten Fläche an die Hauswand gelehnt, bevor wir unseren Tee aufgossen. Dann mussten wir nurnoch unseren ersten solargekochten Tee genießen.

Berechnet man die Energie, die benötigt wird um 1 L Wasser um 90 K zu erwärmen, kommt man auf 376 kJ. Bei einer Strahlungsintensität von 1 kW/m² und einer Dauer von 35 min wurden unserem System insgesamt 2,1 MJ zugeführt. Damit wären wir bei einer Effizienz von zirka 18%.

Fazit

Es braucht zwar eindeutig Lust am Basteln und ein bisschen Zeit, aber es ist leicht und erschwinglich sich einen ziemlich leistungsstarken Parabolkocher selbst zu bauen.

35 min um eine recht kleine Menge Wasser zu erhitzen ist natürlich nicht wenig. Ganz mit herkömmlichen Kochfeldern mitzuhalten wird mit einem Solarkocher auch schwer, aber wir sehen noch einiges an Raum für Verbesserung.

Der Topf war der kleinste, den wir hatten, war für diese kleine Menge an Wasser aber schon zu groß. Man sollte immer den kleinstmöglichen Topf wählen, damit möglichst wenig Energie in das Aufheizen des Topfes fließt und möglichst viel in das Wasser.

Der leichte aber recht konstante Wind an dem Tag des Versuchs konnte auch dem Topf mehr Wärme entziehen als er ohnehin schon verlor. Wir erwarten deutliche Verbesserungen, wenn man den Topf und Deckel vollkommen isoliert und nurnoch den Boden zum Bestrahlen unisoliert lässt und das Licht auch nur auf diesen fokussiert.

Außerdem haben wir einen silbernen Topf verwendet, der selbst recht viel Licht reflektiert. Wir erwarten auch, dass ein schwarzer Topf, zu kürzeren Kochzeiten führt. Über diese Optimierungen wollen wir in einem späteren Artikel berichten.

Auch wenn wir es eigentlich besser wussten, hatten nicht alle anwesenden beim Test Sonnenbrillen dabei. Uns ist sehr bewusst geworden wie wichtig gute Sonnenbrillen mit hohem LSF beim Solarkochen sind. Es ist wahrscheinlich auch besonders ratsam, die Hände beim Hantieren in der Nähe des Brennpunktes zu bedecken und/oder mit Sonnecreme vor zu hoher UV-Belastung zu schützen. All diese leicht umzusetzenden Schutzmaßnahmen werden wahrscheinlich besonders wichtig, wenn Solarkochen routiniert und häufig eingesetzt wird.