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4.3.0 Solar Regenwasser WC

 

Wir schreiben das Jahr 1994, Wind weht über das Kornfeld, das später unser Baugrundstück werden sollte...

Am Anfang war die Idee, für die WC-Spülung unseres Hauses kein kostbares Trinkwasser zu verschwenden.

Mal ehrlich: Es ist doch Wahnsinn, gutes Trinkwasser einfach durch das WC zu "jagen".

Also machte ich mir Gedanken, wie ich das am besten realisieren könnte. Nahe liegend ist natürlich die Nutzung von Regenwasser.

Es tut immer gut, rechtzeitig alles in die Planungen mit einfließen zu lassen, um nachher keine Mauern aufhacken zu müssen. Daher nahm ich 1993 meinen Zollstock und meine Bauzeichnung und legte los...



Aber wie viel Wasser würde ich überhaupt zur Verfügung haben?

Ich ermittelte die gesamte Dachfläche unseres Hauses inklusive Garage.

Ich kam hierbei auf rund 250 qm. Darauf hin besorgte ich mir die Zahlen des durchschnittlichen Niederschlags in der Region Braunschweig (Diercke Weltatlas). Hier entnahm ich die Zahl 639 mm pro Jahr.

( Inzwischen lassen sich diese Zahlen gewiss leichter im Internet finden, 1993 war das Internet in Deutschland noch nicht so "doll"... ).

Diese Zahl rechnete ich auf meine Dachfläche hoch. Also 250 qm mal 639 Liter = 159750 Liter pro Jahr. Wie viel steht mir also durchschnittlich pro Tag zur Verfügung? Nun: 159750 Liter / 365 Tage = 437,67 Liter am Tag.



Nun war die Frage: Reicht dieses Wasser überhaupt,
um genügend oft spülen zu können ?


Ich ging von einem Vierpersonenhaushalt aus. Also, wenn jeder pro Tag 10 mal spült, so ergibt das bei einer Spülmenge von 8 Litern: 4 Personen mal 10 Spülungen mal 8 Liter = 320 Liter. Dieses ist der „Worst Case“, also bei Durchfall. Zur Verfügung 437 Liter, Verbrauch 320 Liter.

Ich bin also noch im „grünen Bereich“. Eine „Regenwasser-WC-Spülanlage“ war also für uns machbar.

Jetzt stellte sich die Frage: „Wie viel Wasser muss ich vorhalten, um über Trockenperioden hinweg zu kommen?“

Hier hilft nur Spekulation und Abschätzen. Sehr Hilfreich ist auch das Portemonnaie, das einem schon die Grössenordnung des Regenwassersammelbehälters begrenzt. Ich entschied mich für einen 3000-Liter-Tank, unterirdisch, aus Kunststoff. Ich hatte also rein rechnerisch im „Worst Case“ 3000 Liter / 320 Liter/Tag = 9,375 Tage lang Wasser vorrätig, wohlgemerkt, es regnet überhaupt nicht und alle vier Personen haben Durchfall.


Also haben wir den 3000-Liter-Tank eingebaut.
Hier versenken wir gerade den Tank im Erdreich.
Hersteller: http://www.graf-online.de

Die Filterung des Regenwassers übernimmt ein Filter mit ca. 0.8 mm Maschengröße, unterirdisch, Kunststoff. (Sieht von innen etwa wie ein Kaffeefilter aus.) Von diesem Filter geht auch der Überlauf in die Kanalisation. Nachteil dieses Filters ist die jährliche Reinigung. Da gibt es inzwischen bessere Konzepte, die sich selbst reinigen.

 

 

Nun war die nächste Frage: Wie bekomme ich das Regenwasser ins WC ?


Nach Rücksprache mit ein paar Freunden (Und reichlich Bier) kamen wir auf die seltsamsten Konstruktionen (Mit Umschalter und Rückschlagventil und Niveaufühler u.s.w.). Schließlich entschied ich mich für die einfachste und gesundheitlich bedenkenlose Variante: Es müssen einfach getrennte Rohre zu den WC´s verlegt werden, die mit dem Trinkwasser überhaupt nicht in Berührung kommen. Also wurde das durchgeführt.

Als Pumpe benutzte ich zunächst ein standard Hauswasserwerk vom Baumarkt. Dieses "Wahnsinnsgerät" hat zunächst gut funktioniert.


(Schmiedemeister Heinrich und ich bezweifeln die Funktion des Hauswasserwerkes, weil es nur eine "Billigversion" aus dem Baumarkt ist.)


Die Konfiguration mit dem Hauswasserwerk und dem Kunststofftank für das Regenwasser hat dann auch tatsächlich ca. 5 Jahre lang tadellos funktioniert und hatte nie einen Defekt.

Im Laufe des Jahres 1998 überlegte ich mir dann, dass ein Hauswasserwerk für die Fördermenge, die ich für die WC´s benötige, zu groß ist. Der Motor hatte immerhin um die 1000 W. Auch konnte man nicht spülen, wenn Stromausfall war.

Ich begab mich also erstmal auf die Suche nach kleineren Pumpen. An kleineren Pumpen wurden aber nur Teichpumpen und dergleichen, oder aber spezielle Industrieanfertigungen angeboten. Die einen eigneten sich nicht, die anderen waren zu teuer.

Also sah ich mich nach Pumpen für 12V Gleichstrom um. Hier ist das Angebot an kleinen Pumpen schon erheblich größer.

Der zündende Gedanke für eine autarke WC-Spülung lag nun in greifbarer Nähe: Ich überlegte zunächst, mit einem Netzteil zu arbeiten, das mir die 12V für die Pumpe bereitstellt. Da aber ein Netzteil im Leerlauf ständig Energie verbrauchen würde, verwarf ich diese Lösung. Ich experimentierte schon länger mit Solarstrom, also entschloss ich mich, nun ein Solarsystem für unsere WCs zu bauen. Auf dem Flachdach unserer Garage installierte ich zwei 12V - 55WP - Solar - Module (Conrad-Elektronik). Diese schaltete ich parallel.

Die Solarpanels auf dem Garagendach.

Als Solarspeicher dient zurzeit eine gewöhnliche 45Ah Autobatterie (später 3 Stück mit insgesamt 135 Ah). Die Laderegelung übernimmt ein 8A- Laderegler  (Conrad). Also alles sehr einfach.

Als Pumpe habe ich eine 12V - 100W Membranpumpe ausgewählt (Shurflo 8000, später Shurflo Aqua King), weil diese Pumpen auch Trockenlauf vertragen und ohne Wasserfüllung des Pumpengehäuses ansaugen. Hier ein Foto von der Pumpe „Aqua King“, erhältlich bei Conrad oder hier:

http://www.campers-online.de


Hier sieht man links die Pumpe, rechts den Akku und darauf den Laderegler. (Zunächst noch mit 1 Autobatterie, später mit 3 Stück parallel.):


Von nun an läuft meine WC-Spülung autark, d.h., sie „greift“ sich ihre Ressourcen selbst aus der Natur.  

Aber:

  • 1 Wird das Regenwasser tatsächlich immer ausreichen ?
  • 2 Wird genügend Solarenergie vorhanden sein ?
  • 3 Treten Fehler auf und wenn ja - welche ?
  • 4 Halten die Module Blitzeinschläge in der Nähe aus ?
  • 5 Was ist, wenn eine Party ist und die Standard-Spülmenge überschritten wird ?

Soweit der Text aus dem Jahre 2000.

Inzwischen (2003) muss ich sagen, dass es wohl sinnvoll war, die oben gezeigte "Aqua-King" einzubauen, denn nun läuft meine Anlage auch im Winter mit der recht spärlichen Sonne durch, ohne "in die Knie" zu gehen.

Hier die Antworten zu den Fragen von damals:

  • 1 Nein, das Regenwasser reichte leider nicht immer. Denn unsere Winter sind (um das Jahr 2000 herum)  trocken, was ich in meiner Überschlagsrechnung nicht berücksichtigt habe, weil ich die durchschnittlichen Zahlen für ein komplettes Jahr zugrunde gelegt hatte. Im Sommer ist also Wasser im Überschuss da, und im Winter wird es knapp. Daher ist es sehr zu empfehlen, für 4 Personen einen 5000-Liter-Tank einzubauen, denn der wird auch in unseren Wintern nicht leer werden, das zeigen meine Beobachtungen aus den letzten Jahren.

 

  • 2 Ja und nein: Im Sommer ist zu viel Strom da und im Winter hat es erst mit ausreichender Speicherkapazität der Akkus geklappt. Hier meine Überschlagszahlen: Panels: 100 Watt. Pumpe die Hälfte, also 50 Watt. Speicher 1 1/2, also rund 150 Ah, dann klappt es auch mit unserer schlappen Sonneneinstrahlung im Winter und sogar bei etwa insgesamt 5 Tagen Totalabdeckung durch Schnee. Die ganz normalen KFZ-Starter-Akkus laufen jetzt übrigens das schon das 4. Jahr, ohne dass sie irgendwie besonders schwächer würden. Das kann aber auch an der relativ geringen Belastung und dem guten Lade-Niveau von etwa April bis Oktober liegen.

 

  • 3 Nein, es traten keine nennenswerten Fehler auf. Lediglich eine Verschraubung wurde undicht, aber nicht an der Pumpe sondern vielmehr an einem eigenen "Werk", was nicht richtig eingehanft war.

 

  • 4 Ja, die Module hielten Blitzeinschläge in etwa 150 Meter Entfernung aus (Flutlichtmasten), sowie einen „Treffer“ in unsere Blitzschutzanlage (Blitzableiter), Entfernung zu den Modulen etwa 7 Meter Luftlinie vom Einschlag-Ort.

 

  • 5 Eine Party belastet das System kaum. Jedenfalls viel weniger, als damals befürchtet. Allerdings scheint sich das bei einer Silvesterparty mitten im Winter etwas knapp gestaltet zu haben, weil es vorher und hinterher eine Woche lang gefroren hatte und somit noch nicht einmal Tauwasser zur Verfügung stand. Es ist natürlich klar, dass kein Wasser nachlaufen kann, wenn draußen alles gefroren ist. Da machen sich die "Stuhlgänge" der Partygäste doch schon im Gesamtbudget bemerkbar. Strom war jedenfalls genügend da.


Ich bin auf alle Fälle sehr zufrieden mit meiner Anlage, sie funktioniert recht gut und läuft nun schon fast 5 Jahre (bis 2003) völlig autark, wenn man von gelegentlichem Wassermangel in dem Tank und einer anfänglichen (nur 1 Akku) Pufferung mit einem KFZ-Ladegerät absieht.
 
Meine zwischenzeitliche Zusammenfassung:

  • Wassertank für 4-Personenhaushalt mindestens 5000 Liter, sonst wird´s im Winter knapp mit dem Wasser.

 

  • Autobatterien reichlich dimensionieren, dann läuft die Anlage auch bei gelegentlicher Schneeabdeckung durch.

 

  • Die Pumpe „Shurflo Aqua King“ ist sehr zu empfehlen, obwohl sie eine Membranpumpe ist, läuft sie sehr leise und recht gleichmäßig. Durch einen auf dem Motor angebrachten 80x80mm 12-Volt-Lüfter kann man sie Dauerlauf-fähig machen, ich hatte ein Exemplar einer solchen Pumpe an meinem Gartenteich im 1-jährigen Dauereinsatz ohne eine einzige Unterbrechung als Filterpumpe. Die Pumpe nahm dabei keinerlei Schaden, und wurde nur gut "handwarm". Ohne Lüfter ist die Pumpe hingegen nicht für Dauerlauf geeignet, da sie sich zu sehr erwärmt und dann abschaltet. Die Pumpe schafft bis zu 4 Bar bei "Stillstand" des Wassers und dieser Druck ist über eine Schraube justierbar.

 

  • Niveau-Fühler für den Tank vorsehen, um den Wasserstand beobachten zu können.

Im Jahre 2004 habe ich eine Notbeleuchtung in unserem Haus installiert.

Was liegt näher, als den gespeicherten Sonnenstrom als Notbeleuchtung bei Stromausfall zu nutzen ?

Die Notbeleuchtung wurde mit weißen LEDs realisiert, die in einem 1,5-cm-Kabelkanal eingebaut sind, der im Treppenhaus verläuft. So wird dann bei Stromausfall das Treppenhaus beleuchtet. Der "Stromfühler" ist ebenfalls sehr einfach realisiert. Einfach ein Klingeltrafo mit L2 verbunden und daran ein Relais angeschlossen. Der Öffner des Relais schaltet mir dann den Strom für das Licht. Der Klingeltrafo wird zurzeit über eine Zeitschaltuhr geschaltet. Wenn er aus geschaltet ist, so leuchtet die Notbeleuchtung.

Hier einmal 2 Fotos, wie das dann aussieht:

          


Links sieht man ganz schwach, wie die Leuchte am Tage aussehen würde, wenn Stromausfall ist. Der Kabelkanal verläuft rechts senkrecht am Türrahmen. Auf dem rechten Foto wurde einmal ein Stromausfall bei Nacht simuliert. Die weißen LEDs strahlen an der Wand entlang, was einen tollen Effekt ergibt. Man kann bei dieser Beleuchtung noch sehr gut Treppen steigen und sich somit eine Kerze oder eine Taschenlampe besorgen. Auf diese Weise wurde das ganze Treppenhaus ausgeleuchtet und im Keller noch zusätzlich der Kellerflur mit dem Zählerschrank "in Licht getaucht".

Doch nun zu den immer wieder nachgefragten Schaltbildern:

Hier sieht man die Prinzipschaltung der Solar-Anlage:



Zunächst sieht man die beiden Solarpanels, die parallel geschaltet sind.


Danach ist ein Laderegler für 8 Ampere geschaltet, der auf drei parallel geschaltete Autobatterien geht. Eine Sicherung schützt den Laderegler zusätzlich. Nach den Autobatterien ist unbedingt eine 16 Ampere Sicherung zu setzen, damit die Kabel im Kurzschlussfall nicht abbrennen.

Nun folgt wahlweise noch ein Tiefentladeschutz für mindestens 16 Ampere, der die Akkus vor zu tiefem Entladen schützt. Jetzt folgen die Verbraucher: Die Pumpe und die Notbeleuchtung.

Alle Kabel mussen bei der 16- Ampere- Absicherung  als 1,5 qmm NYA oder NYAF (H07VU oder H07VK) ausgeführt werden, damit die Kabel auch den Strom verkraften können. Natürlich ist auch eine sehr viel höhere Stromentnahme möglich, aber dann muss die Sicherung, der Tiefentladeschutz und die Kabel dem höheren Strom angepasst werden, damit kein Feuer entstehen kann. Dazu bitte ein Elektro-Tabellenbuch benutzen oder den Elektriker vor Ort fragen.

Nun noch einmal zur eigentlichen Schaltung der Notbeleuchtung:



Im Sicherungskasten habe ich den Leiter L2 angezapft und über den Schließer einer Zeitschaltuhr auf einen Klingeltrafo geführt.


Der Trafo kann nun mit der Zeitschaltuhr ein und aus geschaltet werden.

Achtung, an alle Bastler, hier liegen bis zu 400 Volt lebensgefährliche Spannung an !

Netzspannung ist lebensgefährlich !


Die 8 Volt Wechselspannung des Klingeltrafos sind nun mit einem Brückengleichrichter gleich gerichtet und mit einem Elko geglättet einfach auf ein 12 Volt Relais geführt.
Dieses Relais zieht nun an, wenn der Klingeltrafo eingeschaltet wird. Und natürlich fällt es ab, wenn der Strom ausfällt, also der L2 keine Spannung mehr hat (meist fällt der FI aus).

Über den Öffner des Relais fließt nun der Lampenstrom von den Solarakkus. Natürlich kann man auch 12 Volt-Halogen-Technik dafür verwenden, wenn man keine LEDs verlöten mag.
Ich habe aber immer 4 Stück weiße LEDs in Reihe geschaltet und die Gruppen dann einfach parallel. Das verbraucht sehr wenig Strom und ich kann nun meinen Solarstrom nachts als "Dämmerungsleuchte" zusätzlich betreiben.
Ich schalte dazu den Klingelktrafo mit der Zeitschaltuhr zu den gewünschten Zeiten aus, und somit leuchtet meine Leuchte. Ebenso leuchtet sie natürlich auch zuverlässig bei Stromausfall (oder FI), der hier leider recht häufig bei Gewitter auftritt.

Nun müssen wir unsere Kerzen und Taschenlampen nicht mehr im Dunkeln suchen und niemand stolpert meht bei Stromausfall über die Treppenstufen durch das Treppenhaus. Ebenso wird mir mein Zählerschrank beleuchtet, wenn kein Strom da ist und ich kann völlig ohne Taschenlampe den FI überprüfen und feststellen, ob der Blitz ihn schon wieder "herausgehauen" hat.

Wir schreiben das Jahr 2005:

Inzwischen musste ich feststellen, dass mir die Nachtleuchte die Akkus "leeraugt", wenn im Herbst und Winter nur sehr wenig Sonne scheint. Also machte ich micht daran, die Schaltung folgendermaßen zu ändern:


Wie man sieht leuchtet das Nachtlicht nun ständig, was man aber verschmerzen kann, weil die LEDs ja recht sparsam sind. Wenn nun Stromausfall ist, so ist die Beleuchtung über die Akkus sichergestellt. Vielleicht baue ich noch einen Dämmerungsschalter dazu. Hier noch einmal ein Foto  des Schaltkastens:

 

*****


Jetzt schreiben wir das Jahr 2006 und meine Akkus liefen daher nun seit etwa 7 Jahren. Nun sind sie verbraucht und müssten eigentlich ausgetauscht werden. Ich entschloss mich aber, einen anderen Weg zu gehen:

Ich installierte ein 12 Volt Schaltnetzteil für die Pumpe, das es inzwischen im Baumarkt für günstiges Geld gibt. Dieses Netzteil hat einen Anschluss für KFZ-Zigarettenanzünderstecker. An die Pumpe montierte ich einen solchen Stecker und alles funktioniert weiterhin einwandfrei.


Die nun frei gewordenen Solarplatten (Solarpanels) betreibe ich nun mit einem Netzeinspeisewechselrichter zusammen. Der Wechselrichter ist ein Sunmaster 130 S, den es mal bei Mastervolt zu kaufen gab. Ich schaltete meine Kühlschränke und die Pumpe meiner thermischen Solaranlage auf eine Phase und schloss den Wechselrichter ebenfalls an diese Phase an.


So erhoffe ich mir eine leichte Stromersparnis.

Im ertsen Jahr von 2006 bis 2007 haben meine 100 Watt Solarmodule eine Elektrische Energie von ca. 320 kWh geliefert, die eingespeist und hoffentlich auch gleich selber gemäß "Krichhoff" verbraucht worden ist.

Das Ganze ist eigentlich eine prima Sache, nur gibt es diese kleinen 100 Watt Wechselrichter inzwischen (2007) offenbar nicht mehr zu kaufen. Das finde ich sehr schade, denn bei richtiger Beschaltung der Phasen mit Verbrauchern und dem Wechselrichter ließe sich gemäß der Kirchhoff´schen Knotenpunktregel ein wenig Strom einsparen. Auch ist eine Minisolaranlage nicht so sehr teuer, so dass man sie sich doch schon mal leisten kann.

Der Energiegewinn betrifft besonders Standbyverbraucher und Kühglschränke und Gefrierschränke, die oft am Tage laufen.

Der Einspeisewechselrichter war auch nicht so teuer wie die heute angebotenen Geräte, die man unter 1000 Watt kaum noch bekommt. Ich glaube, dass hier ein falsche Weg beschritten wurde, denn eine 1000 Watt Anlage geht bereits in die Größenordnung von 10000 Euro und wird dann doch wohl von so manchem Käufer verschmäht.

Die neuesten Sunny Boys sind nahc neuer Norm mit einer Freischaltung, aber doch noch recht teuer (2007):

Beispiel Sunny Boy


Eine 1kW Solareinspeiseanlage lohnt sich also nur, wenn man das Geld auch wirklich übrig hat. Muss man dafür einen Kredit aufnehmen, so kann man sein Projekt getrost vergessen (2007).

Bei dem kleinen Sunmaster 130 S war das nicht so. Er war relativ günstig, so dass man das Geld "verschmerzen" konnte.

Etwa günstiger geht es mit Mini-Windkraftanlagen, weil hier die "Zutaten" billiger sind. Aber auch hier kostet der Wechselrichter einiges und die Windräder sind natürlich auch einem gewissen Verschleiß unterlegen:

Beispiel Windy Boy


Damich aber die Akkutechnologie interessierte, habe ich mich entschlossen die 100 Watt vielleicht doch nicht vollständig einzuspeisen und das Solar-Regenwasser-WC-Projekt wieder belebt.

 


Vielen Dank für das Interesse,



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