Solar-Forschung in den Pyrenäen: Die Wiege der Sonnenkraft

Im Departements Pyrénées-Orientales in den östlichen Pyrenäen in Süd-Frankreich wurde von 1979 bis 1986 das erste Solarkraftwerk der Welt gebaut und betrieben: Thémis. Mit 2400 Sonnenstunden im Jahr bot sich dieser Ort schon früh an, um Solarstrom zu produzieren. Heute ist der „THEMIS Solar Power Tower“ ein Forschungs- und Entwicklungszentrum, das verschiedene Solarstromtechnologien erforscht, und ein Informationszentrum für Besucher aus aller Welt.

Das anfängliche Solarkraftwerk von 1979 bis 1986 besaß eine Leistung von rund 2 MW und wurde mit 201 Spiegeln („Heliostaten“) betrieben, die einen Hohlraumreceiver - einen mit Kühlmittelrohren ausgekleideter Hohlraum - an der Spitze des 100 m hohen Turms so beheizte, dass das Kühlmittel aus geschmolzenen Salzen erhitzt und diese Wärme dann eine Dampfturbine zur Stromerzeugung weitergeleitet wurde. Die Kühlmitteleintrittstemperatur betrug 250 °C und die Austrittstemperatur 450 °C. Im Generator wurde Dampf mit einem Druck von 50 bar und einer Temperatur von 430 °C erzeugt.

Das weltweit erste Solarkraftwerk „Thémis“ wurde dann 1986 laut Wikipedia wegen technischer Komplikationen und mangelnder politischer als auch finanzieller Unterstützung geschlossen. Rund 20 Jahre wurde die Anlage dann als wissenschaftliche Einrichtung des CERN und des Commissariat à l'énergie atomique mit Schwerpunkt auf Astrophysik mit einem Open-Air-Cherenkov-Teleskop, das die auf die Atmosphäre treffenden Gammastrahlen misst, genutzt.

Erst 2004 wurde beschlossen, in den Pyrenäen wieder aus Solarenergie Strom zu erzeugen und wieder ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für Solarenergie zu etablieren. Beim neuen THEMIS wurde rund die Hälfte der 201 Heliostaten repariert, die mittels einer oben im Turm installierten Gasturbine nun etwa 1 MW elektrische Leistung erreichen.

Die Spiegel der drei am weitesten vom Turm entfernten Reihen von Heliostaten wurden durch Solarzellen ersetzt. Von diesen Zellen folgen einige der Sonne, andere nicht, um den Wirkungsgradunterschied zu messen.

2018 startete am THEMIS das Projekt POLYPHEM ("Small-Scale Solar Thermal Combined Cycle"), das Kleinanlagen mit konzentrierter Solarenergie (CSP) als flexible Stromerzeuger im Bereich von 40 kW bis 2000 kW in abgelegenen Gebieten entwickeln helfen soll. So soll der variable Energiebedarf eines Mini-Grids gedeckt werden. Die Basistechnologie besteht aus einem Air-Brayton-Zyklus als Top-Zyklus und einem Organic Rankine Cycle (ORC) als Bottom-Zyklus.

POLYPHEM erweitert diese Technologie, indem es den Top-Zyklus mit Solarenergie durch die Entwicklung einer fortschrittlichen Technologie von Druckluft-Solarempfängern antreibt und einen innovativen thermischen Energiespeicher zwischen beiden Zyklen einschließt.

Wohl optisch noch spektakulärer ist jedoch der Solarofen Odeillo in Font-Romeu-Odeillo-Via. Schon aus dem bekannten Petit train jaune, dem „Kleinen gelben Zug“, kann man den riesigen Hohlspiegel mit 54 Metern Höhe 48 Metern Breite sehen, den größten Solarofen der Welt.

Der zwischen 1962 und 1968 gebaute und 1969 in Betrieb genommene „Odeillo Solar Furnace„ wird von 63 Heliostaten „angetrieben“ und erreicht eine Leistung von einem etwa 1 Megawatt. Er ist quasi der große Bruder des Mont-Louis Solar Furnace, ein experimenteller Solarofen mit einer thermischen Leistung von 50 kW, der 1949 gebaut wurde und die erste Solarthermieanlage dieser Art weltweit war.

Der Sonnenofen von Odeillo in den Pyrénées-Orientales in Frankreich kann Temperaturen von bis zu 3.500 °C (6.330 °F) in wenigen Sekunden erreichen. Damit werden Materialien bei sehr hohen Temperaturen wissenschaftlich untersucht. Äquivalent zur Energiebündelung von „10.000 Sonnen“ erzeugt der Solarofen eine Spitzenleistung von 3200 kW.

Das Prinzip basiert auf der Bündelung der Strahlen durch reflektierende Spiegel (9.600 Stück). Die Sonnenstrahlen werden von einem ersten Satz lenkbarer Spiegel am Hang aufgenommen und dann an eine zweite Reihe von Spiegeln (die Konzentratoren) gesendet, die in einer Parabel angeordnet sind und schließlich auf ein kreisförmiges Ziel mit einem Durchmesser von 40 cm konvergieren Spitze des Mittelturms. Der Solarofen in ermöglicht schnelle Temperaturänderungen und ermöglicht daher die Untersuchung der Wirkung von Thermoschocks;

Die in Font-Romeu-Odeillo-Via praktizierte Materialforschung ist auch für die Luft- und Raumfahrtindustrie von Interesse, um Experimente unter Bedingungen hoher chemischer Reinheit durchzuführen. So verwendet die Abteilung für Hochtemperaturmaterialien den Solarofen, um das Überleben des Radoms während des Wiedereintritts von MIRV-Sprengköpfen zu bewerten.