Menu

Pożary paneli PV

 

 

WSTĘP

Ilość instalacji fotowoltaicznych w naszym kraju wzrasta w lawinowym tempie. Sceptycy, którzy nie wróżyli tej technologii przyszłości przecierają teraz oczy ze zdumienia. Nowe instalacje wyrastają jak grzyby po deszczu i oby było ich jak najwięcej. Należy jednak pamiętać, że każda technologia, szczególnie nowa, niesie ze sobą także zagrożenia. Nie chciałbym abyśmy powtarzali błędy innych krajów, gdzie ilość nie zawsze poszła w jakość. Na stronie napisałem już naprawdę dużo o problemach w pracy systemów PV. Pozostał jeden temat - pożary. Jakie zagrożenie stanowi tutaj wykonana na dachu instalacja fotowoltaiczna? Co jest najczęstszą przyczyną pożarów paneli PV? Czy są panele mniej lub bardziej odporne na ogień? Jak się gasi płonące panele PV? Na wszystkie te pytania postaram sie odpowiedzieć w poniższym artykule. 

 

Przyczyny pożarów instalacji PV

Brak jest danych z rynku polskiego na ten temat. Instalacje PV w naszym kraju nadal są nowością. Posłużę się więc tutaj danymi z rynku Włoskiego. W ciągu ostatniej dekady ilość instalacji PV w tym kraju znacznie wzrosła. Szacuje się, że w 2012 r. wystąpiło ponad 700 pożarów z udziałem systemów fotowoltaicznych. Zwróciło to uwagę społeczności ds. bezpieczeństwa pożarowego i zarządców obiektów.

   Niektóre incydenty pożarowe związane z systemami fotowoltaicznymi obejmowały duże połacie dachu  i często przenosiły pożar do wnętrza pomieszczeń. Badania tych pożarów ujawniły, że iskrzenie prądem stałym i zapłon palnej izolacji dachu, np. pianki poliuretanowej lub polistyrenowej, przyczyniały się do powstania tych pożarów. Straty, które wynikły z tych zdarzeń, mogły zostać zmniejszone dzięki wdrożeniu podejścia do analizy ryzyka na wczesnych etapach projektowania tych instalacji. Powinno to obejmować ocenę ryzyka pożaru najczęściej występujących awarii związanych z instalacją fotowoltaiczną, takich jak niedopasowanie ogniw, wyładowania łukowe DC i lokalne pożary w skrzynkach przyłączeniowych lub modułach fotowoltaicznych.PV9.ht28.jpg

Jednocześnie we Włoszech istniał krótki okres, w którym właściciele budynków mieli dostęp do publicznych zachęt. Spowodowało to kompresję w czasie projektowania, zaopatrzenia i budowy tych projektów, co spowodowało brak standaryzacji konkretnych materiałów PV. To wraz z brakiem doświadczenia instalatorów doprowadziło do niedoszacowania ryzyka pożaru związanego z systemem PV i budynkiem, w którym znajduje się instalacja.

 

Dane statystyczne

Dostępne dane dotyczące pożarów elektrowni fotowoltaicznych we Włoszech obejmują incydenty pożarowe, od pożarów w połączeniach elektrycznych, poprzez ograniczony pożar kilku modułów fotowoltaicznych, po duży pożar na dachu budynku, który rozprzestrzenia się wewnątrz świetlików.

PV9.ht29.jpg

Ryc. Pożary związane z instalacjami fotowoltaicznymi, dzięki uprzejmości Italian National Fire Corp, Służby Statystycznej.

 

Powyższy wyres odnosi się do liczby incydentów związanych z pożarami o różnej wielkości, które dotyczyły, instalacji systemu PV we Włoszech. Analiza danych pokazuje, że liczba pożarów osiągnęła szczyt w 2012 r. po pierwszej fali instalacji. Ponieważ pożary dotyczyły nowych instalacji, brak kwalifikacji projektantów / instalatorów oPV9.ht30.jpgdegrał pewną rolę w tych pożarach. Obejmowało to niewłaściwe projektowanie zacienienia, dobór komponentów niskiej jakości, kruszenie kabli podczas instalacji, niedocenianie typowego zachowania prądu stałego i niedopasowanie ogniw PV .

 

 

 

 

 

 

 

Fot. Płonąca puszka przyłączeniowa naziemnego systemu PV.

 

PV9.ht31.jpg

 

Fot. Efekty wyładowań łukowych prądu stałego DC na zewnętrznej stronie poliuretanu.

 

Ponadto, jak pokazano na wykresie, po 2012 r. liczba pożarów z udziałem instalacji systemu PV spadła, ponieważ zmniejszył się rynek usług związanych z PV. Doprowadziło to do lepszej kwalifikacji pracowników do instalowania tych systemów. Jednocześnie pomogły również lepsze standardy produktów i wzrost regulacji krajowych. Ponadto po wystąpieniu pierwszych istotnych pożarów większość producentów paneli fotowoltaicznych zaczęła uwzględniać wymagania dotyczące odporności ogniowej w procedurach instalacyjnych.

PV9.ht32.jpgFot. Spalony system PV zamontowany na dachu magazynu o powierzchni 1000m2.

 

Na podstawie tej oceny zaobserwowano następujące typowe scenariusze pożaru:

- Ogień wewnątrz budynku przenoszący się przez otwory i rozprzestrzeniający się na dach.
- Powstawanie pożaru w modułach fotowoltaicznych zainstalowanych na dachu z rozprzestrzenianiem się ognia do wewnątrz budynku.
Ponadto elementy instalacji fotowoltaicznej na dachu lub elewacji budynku w czasie pożaru mogą:

- wpływać na rozprzestrzenianie się ognia na zewnątrz lub w całym budynku.
- stanowić zagrożenie dla zdrowia wskutek szkodliwych substancji wydzielających się podczas spalania.
- być przeszkodą w operacjach gaśniczych i stanowić zagrożenie bezpieczeństwa dla strażaków w wyniku obecności pod napięciem elementów elektrycznych.

 
Na podstawie wyników badań pożarów, które miały miejsce w instalacjach systemu PV we Włoszech, można wyciągnąć wniosek, że istnieje pilna potrzeba kompleksowego przeglądu wymagań dotyczących pożaru i przepisów budowlanych dla instalacji dachowych PV. W szczególności wymagania te powinny dotyczyć palnych materiałów izolacyjnych i dachowych znajdujących się poniżej aktywnych elementów systemu PV.

 

Testy pożarowe paneli PV

Poniższe testy zostały przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych w odpowiedzi na pytania skierowane ze strony straży pożarnej i dotyczyły wpływu na rozprzestrzenianie się ognia instalacji PV wykonanej na dachu. Odpowiedź jaką uzyskali strażacy przytaczam poniżej:

 " Instalacja modułów na lub zintegrowanych z systemem dachu budynku może niekorzystnie wpłynąć na odporność materiałów na pokrycie dachu na ekspozycję na ogień zewnętrzny, jeśli moduł ma niższą lub żadną odporność ogniową. Materiały pokrycia dachowego nie ulegną pogorszeniu, gdy moduły będą miały taką samą lub większą odporność ogniową niż materiał pokrycia dachowego".

    Funkcjonariusze straży pożarnej wyrazili zaniepokojenie niejednoznacznością w tym oświadczeniu w odniesieniu do najbardziej powszechnej instalacji dachów fotowoltaicznych w budynkach mieszkalnych, modułów fotowoltaicznych klasy C montowanych na dachach klasy A. Świadczyło to o braku wyników testów ogniowych w systemach zawierających moduły fotowoltaiczne w konfiguracjach montowanych na dachu. Przedstawiciele przemysłu zwrócili się do UL, aby pracowało nad wyjaśnieniem tego problemu. Wynikiem było opracowanie testów o symbolu UL 790 "Testy odporności ogniowej materiałów dachowych”. Oceny odporności ogniowej określa się za pomocą trzech różnych testów ogniowych opisanych w UL 790:
- test rozprzestrzeniania się płomienia,

- test przerywanego płomienia

- test marki płonącej.

Na podstawie tych testów, moduły fotowoltaiczne również uzyskują klasy ogniowe, przy czym moduły fotowoltaiczne przechodzą podzbiór testów UL 790 o numerze UL1703 (w Europie ten test ma oznaczenie IEC 61730-2 "Ocena bezpieczeństwa modułu fotowoltaicznego (PV) -- Część 2: Wymagania dotyczące badań"), które obejmują test marki spalania i test rozprzestrzeniania się płomienia.

Test rozprzestrzeniania się płomienia wykorzystuje płomień zasilany gazem ziemnym o szerokości około 3 stóp, napędzany przez ruch powietrza z prędkością 12 mph. i mierzy potencjał rozprzestrzeniania się płomieni na powierzchni. Stosowany jest tutaj palnik o mocy 325 kW dla klasy C i 378 kW dla klasy A i B. Intensywność płomienia dla jest większa dla testu klasy A (1400 ° F) i zmniejszona dla testu klasy C (1300 ° F). Podczas testu klasy A, B płomień jest stosowany przez 10 minut. Test klasy C stosuje płomień przez 4 minuty. Każdy test jest nieudany, jeśli płomień rozprzestrzenia się powyżej określonego maksimum określonego dla każdego testu (6 stóp dla klasy A, 8 stóp dla klasy B, 13 stóp dla klasy C). Test również kończy się niepowodzeniem, jeśli ogień rozprzestrzenia się poprzecznie na obie krawędzie 40-calowej powierzchni próbki, płonący lub świecący materiał spada z próbki i nadal płonie lub żarzy się. Podczas testowania PV zgodnie z UL 1703 test kończy się niepowodzeniem, jeśli zaobserwowane zostanie przepalenie modułu PV.  Poniżej zdjęcie z testu.

PV9.ht33.jpg

Test marki (żagwi) płonącej mierzy możliwość przedostania się ognia z zewnątrz na materiał dachowy (lub, w przypadku testów UL 1703, moduł fotowoltaiczny). Źródłem ognia jest płonąca żagiew, którą stanowi mierzony i zapalany stos suchego drewna. Masa płonącej żagwi dla testów klasy A wynosi 2000 gramów (spala się jedną żagiew), a dla klasy C masa wynosi 9,25 gramów (20 żagwi). W przypadku badań pokryć dachowych, udany wynik uzyskuje się, jeśli nie obserwuje się trwałego płomienia lub palenia na spodzie pokładu testowego, a płonące cząstki nie spadły na podłogę i nadal płoną. W przypadku testowania modułów fotowoltaicznych, aby uzyskać pomyślny wynik, muszą wystąpić wszystkie następujące warunki: żadna część modułu nie spada na podłogę w płomieniach lub podczas palenia się, żagiew nie przepala się przez moduł i przez pokrycie dachu poniżej, i nie ma trwałego płonięcia samego modułu.

PV9.ht34.jpg

Fot. Test płonącej żagwi. na zdjęciu próbki dla klas A B i C

PV9.ht35.jpg

Fot. Test płonącej żagwi w praktyce

 

Wyniki:

żadna świecąca lub płonąca część PV nie może spaść na urządzenie testowe

Rozprzestrzenianie się płomienia nie może przekraczać następujących wartości:

- 1,82m dla klasy A

- 2,40 m dla klasy B

- 3,90 m dla klasy C

Boczne rozprzestrzenianie się płomienia jest ograniczone

 

Walka z pożarami

(na podstawie "Instalacje PV jak gasić" przegląd pożarniczy)

Międzynarodowy kodeks budowlany (IBC) wprowadzony w 2012 roku wymaga, aby system fotowoltaiczny odpowiadał wymaganej odporności ogniowej dachu. Ma to na celu zapewnienie strażakom zdolności do walki z pożarami na dachach i zapewnienia, że w przypadku pożaru zainstalowany na dachu system PV nie przyspieszy pożaru, ale spowolni go. Pożary instalacji fotowoltaicznych są o tyle niebezpieczne, że w czasie ich trwania zwykle nie da się całkowicie odłączyć prądu od instalacji i istnieje ryzyko przewodnictwa elektrycznego poprzez strumień wody gaśniczej.

 

Strażacy po przyjeździe na miejsce pożaru muszą, zgodnie z procedurami, wyłączyć w budynkach jednorodzinnych główny wyłącznik prądu, a w obiektach przemysłowych i użyteczności publicznej – przeciwpożarowy wyłącznik prądu. Właściciel, zarządca lub osoba przez niego wyznaczona powinni poinformować kierującego działaniem ratowniczym (KDR) o wyposażeniu budynku w alternatywne źródła zasilania (samoczynne załączenie rezerwy – agregat prądotwórczy, instalacja fotowoltaiczna lub inne). Informacja ta jest kluczowa dla podjęcia decyzji o sposobie dalszego prowadzenia akcji gaśniczej oraz zastosowaniu środków gaśniczych (woda, piana, proszek gaśniczy, dwutlenek węgla). Jeśli na miejscu nie ma właściciela lub zarządcy, KDR powinien dokładnie przeprowadzić rozpoznanie wkoło budynku, aby upewnić się, czy jest on wyposażony w wyżej wymienione instalacje generujące napięcie. Co ważne, wyłączenie głównego zasilania w budynku wyposażonym w instalację fotowoltaiczną nie powoduje zaprzestania generowania napięcia stałego po stronie paneli PV. Strażacy powinni więc postępować tak, jakby instalacja w budynku znajdowała się pod napięciem (urządzenia elektryczne gasić gaśnicami proszkowymi zgodnie z instrukcją, nie dotykać wystających, nadpalonych przewodów itp.). Warto wiedzieć, że najmniejsza niebezpieczna wartość prądu płynącego przez ciało człowieka przez dłuższy czas to 30 mA w przypadku prądu przemiennego lub 70 mA, gdy jest to prąd stały. W praktyce jednak częściej od minimalnej niebezpiecznej wartości prądu operuje się pojęciem najwyższej dopuszczalnej wartości bezpiecznego napięcia dotykowego, które może się długotrwale utrzymywać w określonych warunkach środowiskowych. W normalnych, tzw. suchych warunkach (suche podłoże, suche ubranie, sucha skóra), dopuszczalna wartość bezpiecznego napięcia dotykowego wynosi 50 V dla napięcia zmiennego (AC) i 120 V dla napięcia stałego (DC) a jeśli jest mokro – 25 V AC i 60 V DC. Zauważmy, że na instalacji PV napięcie stałe może osiągać w dzień wartości rzędu kilkuset woltów, co przekracza dopuszczalne wartości bezpieczne.

 

Każda instalacja powinna mieć zabezpieczenia pozwalające w razie pożaru odłączyć inwerter od paneli fotowoltaicznych i od sieci energetycznej. Rozłączenie takie powinno gwarantować przerwę w obwodach zarówno po stronie prądu stałego, jak i po stronie prądu zmiennego. W pierwszej kolejności należy wyłączyć obciążenie za pomocą wyłączników nadprądowych lub rozłączników prądów roboczych po stronie zasilania budynku (główny wyłącznik prądu) lub bezpieczników znajdujących się w rozdzielnicy bezpiecznikowej budynku, a następnie wyłączyć prądy robocze po stronie prądu stałego, np. wyłącznikiem PKZ SOL 16A, który powinien znajdować się w skrzynce obok inwertera. Zastosowanie rozłącznika bezpiecznikowego, np. Tytan II 63A 3p, dla każdego stringu (pojedynczy obwód złożony np. z 10 paneli połączonych szeregowo) również gwarantuje (poprzez wyciągnięcie wkładek bezpiecznikowych) widoczną przerwę w obwodach stałoprądowych. Należy jednak pamiętać, że po stronie DC, mimo rozłączenia instalacji PV, na zaciskach przewodów łączących moduły PV będzie występowało napięcie wynoszące kilkaset woltów!

 

Czym gasić?

W wielu europejskich krajach uznaje się, że elektrownie fotowoltaiczne można gasić wodą w ten sam sposób, jak inne urządzenia elektryczne pod napięciem do 400 V. Podczas gaszenia muszą być jednak przestrzegane następujące zasady (zgodnie z DIN VDE 0132):
PV9.ht36.jpg- odległość 1 m między strażakiem i urządzeniem elektrycznym pod prądem,
­ odległość 1 m między strażakiem i urządzeniem elektrycznym w czasie gaszenia rozproszonym strumieniem z prądownicy,
­ odległość 5 m międ

zy strażakiem i urządzeniem elektrycznym podłączonym do prądu w czasie gaszenia zwartym strumieniem z prądownicy.

Australijska firma Solar Development opracowała środek gaśniczy przeznaczony wyłącznie do systemów PV. W gaśnicy znajduje się specjalny płyn, który po kontakcie z szybą tworzy na panelach warstwę nieprzepuszczalną dla promieni słonecznych. Gasi się tym samym, odcinając dostęp do promieniowania słonecznego, bez którego panele nie są w stanie wytworzyć napięcia. Warstwa środka gaśniczego po krótkim czasie zastyga i można ją odkleić od szkła. Niestety, gaśnica PV STOP na razie jest w Polsce niedostępna – poza tym pozostaje wciąż pytanie: co w przypadku instalacji o bardzo dużych mocach i dużych powierzchniach?

 

PVStop przylega do powierzchni panelu i nie może zostać usunięty przez wiatr, deszcz, grad lub śnieg, a po wyeliminowaniu zagrożenia można go po prostu oderwać bez powodowania uszkodzeń systemu przez okres do 12 miesięcy po zastosowaniu. Zasięg gaśnicy o pojemności 9 litrów to 10-15m.

 

zobacz film 

 

Literatura

1.Flammability Testing of Standard Roofing Products - In the Presence of Standoff-mounted Photovoltaic Modules

2.Requirements for Photovoltaic Modules Tested under Fire Conditions According to IEC 61730-2

3. Report on Spread of Flame and Burning Brand Performance of Generic Installations

4. Firefighter Safety and Photovoltaic Installations Research Project

5. https://www.powerfromsunlight.com/fire-rating-solar-pv-system-fire-type-concept-pv-solar-panels/

6. http://www.roofingmagazine.com/standards-testing-solar-pv-modules-panels/

7. Issue 99: Fires in Photovoltaic Systems: Lessons Learned from Fire Investigations in Italy (https://www.sfpe.org/page/FPE_ET_Issue_99)

8. https://www.ppoz.pl/ratownictwo-i-ochrona-ludnosci/1518-instalacje-fotowoltaiczne-jak-gasic

    


  

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});