Představuje fotovoltaika při požáru vážné riziko pro hasiče?
Mýty a fakta podle zkušeností z Německa
V poslední době média v České republice poměrně často referují o nebezpečnosti fotovoltaických panelů pro hasiče. Podobná situace byla v Německu před zhruba dvěma až třemi lety.
Požární rizika fotovoltaických systémů
Pro posouzení rizik spojených s požáry v budovách s instalovanými fotovoltaickými systémy byl realizován výzkumný projekt s názvem Posouzení požárního rizika u fotovoltaických systémů a vývoj bezpečnostních konceptů pro zmírnění rizika. Na projektu se podíleli Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE spolu s TÜV Rheinland a dalšími partnery.
Projekt se zaměřil na následující otázky:
- Analýza rizik a slabých míst ve fotovoltaických systémech a jejich komponentách
- Analýza vzniku požárů
- Analýza vlastností elektrického oblouku, jeho detekce, případně prevence
- Opatření a postupy k uvedení fotovoltaického systému do bezpečného stavu
- Hašení – informace, analýza rizik, omezení rizik, stanovení hasebních postupů
V médiích (nejen v Německu, ale i v České republice, pozn. překl.) se objevují zprávy typu:
- „Hasební zásahy na budovách s fotovoltaickými panely jsou nebezpečné. Jeden hasič již byl vážně zraněn elektrickým proudem.“
- „Hasiči budovy s fotovoltaikou nehasí, protože je to příliš nebezpečné, pouze chrání přilehlé budovy.“
- „Fotovoltaické systémy jsou zvlášť nebezpečné, protože je nelze vypnout.“
Vybrané mediální zprávy proto byly podrobeny detailnímu šetření, které porovnalo zprávy v médiích s informacemi v oficiálních zprávách jednak samotných hasičů a jednak pojišťovacích společností a likvidátorů pojistných událostí.
Případ 1: Hasič zasažený elektrickým proudem
Ve zprávách televizní stanice Kabel 1 bylo uvedeno, že hasič byl vážně zraněn elektrickým proudem při hašení budovy v obci Rösrath. Z videa je však zřejmé, že se nejednalo o fotovoltaický, ale o solární termální systém, tj. kolektory pro ohřev teplé vody. Hasičská Asociace bezpečnosti práce a pojištění k tomu uvedla, že nebyl hlášen žádný jiný případ úrazu elektrickým proudem v souvislosti s hašením fotovoltaických systémů.
Závěr: jedná se o mýtus, jehož původ lze s největší pravděpodobností hledat v technické neznalosti novinářů, kteří v praxi nerozeznají solární termální systém od fotovoltaiky.
Případ 2: Hasiči budovy s fotovoltaikou nehasí
Ostfriesenzeitung, 18. 2. 2010
DER SPIEGEL, 12. 7. 2010
V této souvislosti je často citován případ požáru budovy s fotovoltaickým systémem v obci Schwerinsdorf z února 2010, viz obrázek.
Z oficiální zprávy velitele zásahu:
- Po vnitřním útoku zůstala za obložením z velkých dřevěných panelů ložiska požáru.
- Došlo k přenesení požáru a hrozilo zřícení dřevěné nosné konstrukce, proto hasiči vnitřní útok přerušili a budovu opustili.
- Vnější útok pokračoval poté, co byly fotovoltaické panely zničeny.
- Fotovoltaický systém nebyl příčinou zničení budovy požárem[…], ale bránil hasebnímu zásahu.
Opět se tedy jedná o mýtus.
Případ 3: Fotovoltaické systémy jsou zvlášť nebezpečné, protože je nelze vypnout
Tato informace je pouze částečně pravdivá, a sice ve druhé části, tj. fotovoltaické systémy v současnosti většinou nejsou provedeny tak, aby bylo možno je v případě potřeby uvést do stavu, že na vodičích nebude napětí.
Není však pravda, že fotovoltaické systémy jsou proto zvlášť nebezpečné. Existují pravidla pro hašení zařízení pod napětím až do 1000 V (DIN VDE 0132 Brandbekämpfung im Bereich elektrischer Anlagen – Hašení elektrických zařízení). Riziko existuje u vnitřního útoku při hustém kouři. Například vodiče s ohořelou izolací jsou za takové situace „neviditelné“, což byl právě případ požáru v obci Rösrath, kde se ovšem jednalo o běžnou domovní elektroinstalaci, nikoli vodiče fotovoltaického systému.
Při hašení je nutno dodržet následující zásady [DIN VDE 0132]:
- Vzdálenost 1 m mezi hasičem a elektrickým zařízením pod napětím
- Vzdálenost 1 m při hašení rozptýleným proudem u proudnice C podle DIN 14365
- Vzdálenost 5 m při hašení plným proudem u proudnice C podle DIN 14365
- U jiných proudnic dodržovat vzdálenost podle údajů výrobce
Pro snížení rizik je v současnosti (září 2012) připraven návrh směrnice VDE-AR-E 2100-712, který obsahuje organizační, stavební a technická opatření ke snížení rizika úrazu elektrickým proudem při hašení fotovoltaických systémů. U stávajících systémů se doporučuje viditelně umístit základní informace o fotovoltaickém systému – schéma zapojení, umístění jednotlivých komponent a vedení kabelů. V každém případě by takové informace měl mít k dispozici velitel zásahu. U nových systémů se doporučuje vést kabely mimo obálku budovy, alespoň pro stejnosměrné kabely používat instalace s požární ochranou podle normy a instalovat dálkově ovládané odpojovače nebo zkratovací spínače na úrovni jednotlivých panelů nebo stringů.
Tvrzení, že fotovoltaické systémy jsou zvlášť nebezpečné, je mýtus, přestože je fakt, že je nelze vypnout.
Vyhodnocení požárů
Na konci roku 2012 bylo v Německu instalováno celkem asi 1,3 milionu fotovoltaických systémů s celkovým instalovaným výkonem kolem 28 GWp. Do září 2012 bylo hlášeno celkem 280 požárů, v nichž nějakým způsobem figurovala fotovoltaika. Jako příčina požáru je fotovoltaika uváděna u zhruba stovky požárů (z uvedených údajů lze odhadnout, že fotovoltaické instalace jsou příčinou jednoho požáru ročně na každých 50 000 instalací).
Nejčastějšími příčinami požáru jsou nekvalitní komponenty nebo nekvalitní práce při instalaci systému. Jeden likvidátor pojistných událostí přímo uvedl: „Některé systémy působí dojmem, jako by elektroinstalatér záměrně ignoroval základní elektrotechnické požadavky.“ Rozbor příčin požárů dospěl k některým překvapivým zjištěním. Stejnosměrné spínače a/nebo odpojovače byly příčinou jen v několika jednotlivých případech. Ve většině případů byla příčina požáru až za střídačem, tj. na straně střídavého proudu, zejména v nesprávném použití Al kabelů. Je možné, že standardní zátěžové zkoušky pro střídavá zařízení nejsou vhodné pro fotovoltaická zařízení zejména s ohledem na dlouhodobý provoz v blízkosti jmenovitého zatížení a denní teplotní cykly, kdy může docházet ke stárnutí kontaktů a dalších komponent.
Výrobní vady fotovoltaických panelů – nepřipájený kontakt (zdroj: IEC TC 82/WG3)
Výrobní vady fotovoltaických panelů – špatně pájené spoje v panelu (foto: W. Rütz)
Standardní AC komponenty selhávají překvapivě často (foto: U. Motzer a H. Godard)Příklad konkrétního požáru
Následující příklad konkrétního požáru ukazuje, že možných příčin může být více, od chyb v projektu přes závady při montáži až po poruchy jednotlivých komponent. V daném případě, z jehož vyšetřování byly pořízeny následující fotografie, byla příčinou kombinace zátěžových faktorů.
Požár vznikl v elektroinstalační místnosti fotovoltaického systému. Při zjišťování příčin požáru se ukázalo, že jednotlivá zařízení byla namontována s menšími rozestupy, než požadují jejich výrobci. Sekundárně došlo k vnitřnímu požáru rozváděče na straně střídavého napětí. Z konstrukčního hlediska bylo překvapivé, že v okruhu nebyly použity žádné jisticí prvky pro odpojení střídačů v případě závady nebo nehody. Jedná se samozřejmě o hrubou chybu v návrhu systému.
Závažných pochybení se však v uvedeném případě sešlo více. Mezi nejkritičtější, které se mohly podílet na vzniku požáru, lze počítat:
- Střídače byly umístěny v podkroví, prostor se za slunečného počasí ohříval od nezateplené střechy na relativně vysoké teploty.
- Místnost je malá a špatně větraná, i kdyby se podařilo odstranit vliv horké střešní krytiny, chyběl odvod tepla produkovaného střídači. Například při účinnosti střídačů kolem 95 % a celkovém instalovaném výkonu 120 kW může množství odpadního tepla přesáhnout 5 kW.
- Střídače byly osazeny v menších rozestupech, než požadovaly technické podmínky výrobce, i v dobře větrané místnosti by nemuselo být zajištěno jejich kvalitní chlazení.
- Projekt nebral v úvahu, že standardně je maximální teplota okolí spínačů i střídačů 40 °C (IEC 60947), při vyšší teplotě je nutno odpovídajícím způsobem snížit výkon střídače (některé střídače mají tuto funkci implementovánu).
Vznik požáru byl zjištěn v DC spínači, jako možné příčiny byly vyhodnoceny:
- Chybný projekt: chybné umístění a montáž z hlediska tepelného namáhání;
- Podobná zařízení selhala při nekvalitním připojení;
- Chybný projekt: Při vyšší teplotě okolí je nutno spínače dimenzovat na vyšší jmenovitý proud;
- Nedostatečná údržba: Výrobci spínačů doporučují občasné sepnutí pro odstranění vrstvy oxidů na kontaktech.
Požár v instalační místnosti FV systému
Montáž střídačů a stejnosměrných spínačů
Závěr
Představují tedy fotovoltaické systémy riziko požáru? Problém je rozhodně menší, než jak by se mohlo zdát na základě zpráv v masových médiích v Německu (a ještě více v České republice). Existuje poměrně malé riziko, že by příčinou požáru mohl být samotný fotovoltaický systém. Je nutno si uvědomit, že určité riziko požáru představuje každé elektrické zařízení, tedy i rychlovarná konvice, a celkové riziko roste s počtem zařízení.
Rizika požáru fotovoltaických zařízení je možno snížit pečlivou instalací a následnou revizí a periodickými kontrolami. Monitorování (výkonu) může poskytnout signál o možné degradaci jednotlivých komponent. Protože většinou je příčina na střídavé straně, bylo by zřejmě vhodné přezkoumat zkušební postupy pro testování standardních střídavých komponent.
Z uvedeného je zřejmé, že fotovoltaický systém není zcela bezúdržbový.
Celá prezentace z Evropské fotovoltaické konference (EU PVSEC) v angličtině.
Další informace o projektu v němčině včetně příkladů dobré praxe a doporučení pro hasiče.
Poděkování
Za finanční podporu Federálnímu ministerstvu životního prostředí, ochrany přírody a jaderné bezpečnosti. Všem hasičům za jejich náročné úsilí.
Reference a další informace
- [1] Zpravodajství z požáru v obci Rösrath. Kabel 1, 2011. Dostupné https://www.youtube.com/watch?v=lrox-kWgLFo
- [2] Einsatzbericht Gebäudebrand Schwerinsdorf. Dostupné http://www.feuerwehrforum.de/f.php?m=614570
- [3] Einsatz an Photovoltaikanlagen. Berlin: Deutscher Feuerwehrverband e. V., 2010. Dostupné
http://dfv.org/fileadmin/dfv/Dateien/Fachwissen/BSW_Feuerwehrbroschuere_2010.pdf - [4] Photovoltaikanlagen. Technischer Leitfaden. Připravili společně VDE institut pro testování a certifikaci a Sdružení německých asociace pojišťoven (GDV). Köln: VdS Schadenverhütung, 2011. Dostupné
http://www.vds.de/fileadmin/vds_publikationen/vds_3145_web.pdf - [5] Elektrische Anlagen in feuergefährdeten Betriebstätten und diesen gleichzustellende Risiken Richtlinien zur Schadenverhütung. Köln: VdS Schadenverhütung, 2007. Dostupné http://vds.de/fileadmin/vds_publikationen/vds_2033_web.pdf
Recently broad media in the Czech Republic coverage on hazards from PV systems to fire fighters. Similar situation was in Germany two years ago. That is why Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE together with TÜV Rheinland and other partners implemented a research project „Assessment of fire risks in PV systems and development of safety concepts for risk mitigation“. The project concluded that the fire risk of PV system is much less than it is publicly alleged in Germany.
There is a small risk that fires can be started by PV components. This risk can be reduced by careful installation, initial verification i.e. inspection and testing, periodic verifications, (yield) monitoring to detect degradation problems, and verification of test procedures and maintenance requirements for conventional AC- components. Overall conclusion is that PV systems are not maintenance free.
Whole presentation from EU PVSEC (in English).