5 potencjalnych zagrożeń pożarowych w systemach fotowoltaicznych oraz sposoby ich minimalizowania
Systemy fotowoltaiczne nieprzerwanie sprawdzają się jako jedne z najpopularniejszych źródeł energii alternatywnej, z ponad 120 GW zainstalowanymi w 2019 r. Systemy fotowoltaiczne są wyjątkowo bezpieczne w normalnych warunkach pracy, o ile są zainstalowane i konserwowane przez profesjonalistów zgodnie z przepisami i wytycznymi elektrycznymi. Jednak ze względu na rosnącą dystrybucję różnych systemów fotowoltaicznych działających zarówno na gruncie jak i dachach, a nawet systemów zintegrowanych z budynkami, należy wziąć pod uwagę ryzyko możliwego pożaru w miejscu instalacji takiego systemu (tak jak w przypadku każdej sieci energetycznej).
W latach 1995–2012 w Niemczech zgłoszono 400 przypadków pożarów z udziałem systemów fotowoltaicznych. W 180 przypadkach źródłem pożaru był pojedynczy komponent systemu. Aby podkreślić bezpieczeństwo systemów fotowoltaicznych, należy wspomnieć, że te 180 przypadków stanowiło mniej niż 0,1% wszystkich pożarów w Niemczech w tym okresie.
Potencjalne zagrożenia związane z systemami fotowoltaicznymi i ich minimalizowanie
1. Zapłon i zanieczyszczenia
Różne komponenty systemu fotowoltaicznego są łatwopalne z powodu zawartości polimerów. Przykładem jest folia enkapsulacyjna EVA i tylna warstwa polimeru w modułach, polimery w kablach szeregowych, puszkach połączeniowych oraz falownika. Badanie przeprowadzone przez niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Technologii wykazało, że system o mocy 9kWp z 38 standardowymi modułami fotowoltaicznymi zawiera do 60 kg materiału polimerowego w samych modułach. Polimery mogą wytwarzać podwyższoną temperaturę porównywalną z temperaturą oleju opałowego (PE: 46 MJ/kg > olej opałowy: 43 MJ/kg).
Podczas pożaru i po jego wystąpieniu system fotowoltaiczny może potencjalnie wytwarzać emisje w postaci płynnej, stałej lub dymnej. Ogólnie nie należy obawiać się niebezpiecznych stężeń z uwagi na niską ilość substancji niebezpiecznych zawartych w systemach fotowoltaicznych. Jednak strażacy, którzy przebywają na miejscu zdarzenia mogą być narażeni na niebezpieczne poziomy metali, na przykład ołowiu (c-Si) lub kadmu i selenu, jeśli w systemie znajdują się moduły cienkowarstwowe.
Minimalizacja zagrożeń:
- Strażacy muszą zostać poinformowani o istnieniu instalacji PV, jej lokalizacji i rodzaju, aby odpowiednio i bezpiecznie zaplanować swoje działania.
- Strażacy muszą używać masek, aby chronić się przed szkodliwym i potencjalnie toksycznym gazem.
- Pozostałości z uszkodzonego miejsca instalacji systemu fotowoltaicznego wymagają profesjonalnej utylizacji.
2. Poślizgnięcia i upadki
Ograniczenie przestrzeni na dachu, gdzie znajduje się system fotowoltaiczny zmniejsza dostępność i może powodować poślizgnięcia i/lub upadki.
Minimalizacja zagrożeń:
- Utrzymuj określoną szerokość przejść i usuń przeszkody z dachu.
- Oznacz okablowanie prądu stałego i zachowaj zaktualizowaną mapę układu kabli prądu stałego.
3. Zawalenie
Urządzenia fotowoltaiczne zwiększają obciążenie dachu, co może prowadzić do potencjalnego zawalenia się dachu. Zagrożenie to rośnie, gdy belki nośne zostają osłabione podczas pożaru. Moduły mogą również spaść podczas pożaru, zagrażając zarówno mieszkańcom, jak i osobom udzielającym pierwszej pomocy.
Minimalizacja zagrożeń:
- Zachowaj ostrożność podczas procesu projektowania i w razie potrzeby skonsultuj się z inżynierem budowlanym.
- Zawsze informuj strażaków o obecności systemu fotowoltaicznego na dachu.
4. Zwarcie łukowe lub awaria uziemienia
Systemy fotowoltaiczne posiadają wysokie napięcie stałe, które potencjalnie może utworzyć łuk elektryczny w przypadku wystąpienia awarii. Łuk ten będzie trwał do momentu wyłączenia napięcia lub zwiększenia odległości między jego stykami.
Źródłem takich łuków mogą być nieprawidłowo zlutowane złącza ogniw lub lutowanie między złączami ogniw i szynami zbiorczymi modułu.
Niskiej jakości puszki przyłączeniowe z niestabilnymi połączeniami kablowymi oraz nieszczelne puszki mogą prowadzić do korozji, słabego rozpraszania ciepła oraz niskiej jakości diod obejściowych, co również może potencjalnie skutkować zwarciem łukowym.
Powstanie ryzyka wiąże się również z krzyżowaniem złącz dwóch różnych producentów.
Może wtedy znacznie wzrosnąć opór elektryczny, co może spowodować intensywne nagrzewanie danego elementu.
Minimalizacja zagrożeń:
- Wybieraj tylko wysokiej jakości komponenty do systemu fotowoltaicznego, takie jak moduły PV, kable i falowniki. Sprawdź nasz post zatytułowany Lista producentów PV z grupy Tier 1, aby zapoznać się z dalszą opinią na ten temat.
- Nie krzyżuj złączy różnych producentów.
5. Porażenie prądem
Moduły fotowoltaiczne wytwarzają energię dopóki są wystawione na wystarczająco silne źródło światła. Nawet sztuczne źródła światła w postaci lamp halogenowych mogą wytwarzać wystarczającą moc i zasilić system fotowoltaiczny energią do niebezpiecznego poziomu. Takie samo zagrożenie może pochodzić ze światła emanującego z pobliskiego ognia.
Kolejne potencjalne ryzyko powstaje w sytuacji, gdy strażak musi otworzyć dach, aby uzyskać dostęp do systemu fotowoltaicznego. Oznacza to przecinanie przewodów pod napięciem, czyli czynność, która prawie zawsze tworzy łuk elektryczny i może stanowić znaczne zagrożenie porażeniem prądem.
Nawet uszkodzone moduły mogą nadal wytwarzać energię, która może stanowić zagrożenie dla strażaków i osób udzielających pierwszej pomocy podczas opanowywania pożaru. Test przeprowadzony przez UL pokazuje, że 60% modułów z miejsca przeprowadzenia testu jest w stanie nadal działać z pełną mocą nawet po uszkodzeniach spowodowanych przez ciepło lub pożar.
Minimalizacja zagrożeń:
- Odłącz system fotowoltaiczny
- Strażacy muszą być wyposażeni w sprzęt oddechowy.
- Należy wdrożyć rozwiązania związane z szybkim włączeniem, aby wyeliminować ryzyko narażenia strażaka na ryzyko bezpośredniego kontaktu z kablem prądu stałego pod napięciem.
Rozwiązania związane z szybkim włączeniem
W Stanach Zjednoczonych przepisy NEC z 2017 roku, a w szczególności sekcja NEC 690.12, wymagają, aby napięcie prądu stałego na przewodach modułu było niższe niż 80 V w ciągu 30 sekund od szybkiego wyłączenia.
W Niemczech przepisy VDE-AR-E 2100-712 wymagają nie więcej niż 120 V w całej instalacji fotowoltaicznej po nastąpieniu szybkiego wyłączenia.
Dzięki tym rozwiązaniom instalatorzy mogą spełnić nawet najbardziej rygorystyczne normy.
Przełącznik bezpieczeństwa dla strażaków Santon (DFS)
Urządzenie to można zainstalować w pobliżu szeregów PV. W przypadku pożaru, kiedy strażak wyłączy obwód prądu przemiennego, przełącznik Santon bezpośrednio odłączy prąd stały w pobliżu modułów fotowoltaicznych, co uczyni to miejsce znacznie bezpieczniejszym dla strażaków. DFS zachowa się w taki sam sposób, jeśli temperatura wzrośnie powyżej 100˚C.
Po przywróceniu zasilania prądem zmiennym urządzenie DFS automatycznie włączy zasilanie prądem stałym.
SolarEdge jest jednym z niewielu producentów sprzętu solarnego, który zapewnia zintegrowaną funkcję szybkiego wyłączania. Jeśli zastosowana zostanie jedna z poniższych metod, napięcie w szeregu zostanie zmniejszone do liczby modułów w szeregu (jeśli w szeregu znajduje się 30, to napięcie w tym szeregu wyniesie 30V w ciągu 30 sekund):
- Przełącznik prądu przemiennego falownika jest WYŁĄCZONY lub prąd przemienny płynący do falownika zostaje odłączony inną metodą (celowo lub w wyniku usterki).
- Włącznik-wyłącznik falownika jest wyłączony.
- Przełącznik prądu stałego jest WYŁĄCZONY (dotyczy tylko falowników z modułem bezpieczeństwa prądu stałego).
Więcej informacji na temat systemu SolarEdge można znaleźć na naszym blogu: Recenzja: Optymalizatory mocy SolarEdge i Tigo.
Rozwiązanie Tigo
Istnieją dwa sposoby spełnienia wymagań NEC 690.12 związanych z szybkim wyłączeniem za pomocą Tigo.
- Produkty Flex MLPE (Module Level Power Electronics) firmy Tigo wykorzystują bezprzewodową komunikację między elektroniką modułu TAP i TS4. Flex MLPE wymaga TAP i CCA (Cloud Connect Advanced) w celu szybkiego wyłączenia.
- TS4-F korzysta z komunikacji PLC i nadajnika RSS. TS4-F wykonuje tylko szybkie wyłączenie bez monitorowania na poziomie modułu.
Oba rozwiązania można zastosować w przypadku wszystkich głównych falowników i modułów fotowoltaicznych. W sytuacjach awaryjnych, takich jak pożar, standardową procedurą dla osób udzielających pierwszej pomocy jest odłączenie przełącznika prądu przemiennego w budynku. Utrata zasilania z sieci powoduje wyłączenie falownika i CCA lub nadajnika RSS. Po każdym wyłączeniu nadajnika CCA lub RSS, jednostki TS4, które są w stanie utrzymać bezpieczeństwo (TS4-S, TS4-O, TS4-L i TS4-F) automatycznie przechodzą w tryb odłączania poziomu modułu i całkowicie wyłączają napięcie wyjściowe i moc. Tak więc, nawet w przypadku, gdy personel ratunkowy nie aktywuje bezpośredniego odłączenia na poziomie modułu, jednostki TS4 są wyposażone w wykrywanie standardowego protokołu bezpieczeństwa i reagowanie na sytuacje kryzysowe. Ta sama koncepcja dotyczy systemu opartego na TS4-F. Jeśli używane są zewnętrzne nadajniki RSS, należy je wyłączyć jednocześnie z falownikiem, aby możliwe było spełnienie wymagań NEC 690.12.
Odwiedź stronę wsparcia Tigo, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat tego rozwiązania Tigo.
Posty, które mogą Cię zainteresować:
- Bateryjne systemy magazynowania energii (BESS) i ich zalety
- Dogłębna analiza inwerterów z systemami magazynowania energii (ESS) 5 najczęściej sprzedawanych marek
- Porównanie rozwiązań K2 i Aerocompact do płaskich dachów
- Komercyjny system magazynowania energii z układem zasilania rezerwowego
- Moduły fotowoltaiczne TopCon typu N spółki Canadian Solar
Zapisz się do naszego newslettera
aby nie przegapić żadnej nowości!
