2021-12-03 15:12:14 
Przyczyny pożarów instalacji PV
Według autorów brytyjskiego raportu „Fire and Solar PV Systems – Investigations and Evidence” najczęściej stwierdzaną przyczyną pożarów w przypadku instalacji PV jest powstanie łuku elektrycznego pomiędzy jej elementami, do czego dochodzi w bardzo szczególnych warunkach. Przede wszystkim musi wystąpić duża różnica potencjałów między dwoma znajdującymi się blisko siebie elementami przewodzącymi prąd. Temperatura łuku elektrycznego zależy od wielu czynników, takich jak np.:
- wartość przepływającego prądu, ale może być ona na tyle wysoka, że nie tylko spowoduje zniszczenie materiałów izolacyjnych, ale nawet stopienie metalu (np. pokrycia dachu)
- zajęcie się ogniem materiałów palnych (np. drewna stanowiącego podkład pod pokryciem).
Wyładowanie łukowe jest postrzegane jako typowe zagrożenie w przypadku instalacji fotowoltaicznych. Jednak jego wystąpienie jest praktycznie zawsze konsekwencja popełnienia istotnych błędów wykonawczych lub projektowych. Częściej występuje po stronie prądu stałego (DC), czyli pomiędzy panelami i falownikiem, rzadziej zaś po stronie prądu przemiennego (AC), czyli już za falownikiem, po stronie instalacji odbiorczej. Wynika to z występowania wyższego napięcia po stronie DC niż AC – typowo do 1000 V wobec 230/400 V. Ponadto Elementy po stronie DC, związane z panelami, są zwykle znacznie bardziej narażone na niszczące działanie czynników atmosferycznych (deszcz, silne nasłonecznienie, mróz itd.).
Jednak przyczyną zapłonu może być także sam wzrost temperatury wywołany przepływem prądu przez skorodowane lub luźne połączenia elementów instalacji. Powstanie warstw tlenków metali prowadzi do wzrostu oporu elektrycznego (rezystancji) i nawet bardzo silnego nagrzewania się takich elementów. Skutkiem może być np. stopienie lub zwęglenie izolacji elementów pod napięciem. Co z kolei stwarza warunki do powstania zwarć lub łuku elektrycznego pomiędzy elementami z uszkodzona izolacja.
Wśród najbardziej prawdopodobnych przyczyn wyładowań łukowych w systemie fotowoltaicznym można wymienić:
- wnikanie wilgoci w złączach, skrzynkach połączeniowych i przełącznikach;
- nieprawidłowo zaciśnięte lub obluzowane z czasem styki i złącza;
- zastosowanie nie w pełni kompatybilnych wtyczek i gniazd (konektorów);
- nieprawidłowo połączone konektory;
- luźne zaciski w skrzynkach połączeniowych;
- uszkodzenie elementów (np. pęknięta szyna zbiorcza w module fotowoltaicznym).
Zupełnie inną klasą problemów związanych z możliwością powstawania pożarów są niewłaściwe systemy zabezpieczenia odgromowego instalacji fotowoltaicznej lub ich brak, o czym powiemy w dalszej części.
Czy ryzyko pożaru instalacji PV jest duże?
Według danych Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej, w roku 2019 w Polsce doszło do ponad 153,5 tys. pożarów, z czego na domy jednorodzinne przypadło około 10%. "Wady urządzeń i instalacji elektrycznych" jako przypuszczalną przyczynę pożaru wskazano w przypadku 5.773 zdarzeń, co daje łącznie 18% pożarów w budynkach mieszkalnych. W zdecydowanej większości przypadków dotyczyło to przestarzałych instalacji elektrycznych. Z polskich danych wynika, że instalacje fotowoltaiczne nie stanowią zatem istotnej statystycznie przyczyny pożarów. Jednak nie dysponujemy dokładnymi danymi tego rodzaju dla naszego kraju, gdyż usterki samych instalacji PV nie są w nich wyszczególnione.
Dokładniejsze informacje są za to dostępne dla obszaru Niemiec, które są jednym z najstarszych rynków fotowoltaicznych na świecie i największy w Europie. W 2015 r. TÜV Rheinland, we współpracy z Instytutem Fraunhofer ds. Systemów Energii Słonecznej (ISE), opublikował raport na temat wypadków pożarowych z systemami fotowoltaicznymi w budynkach do 2013 r. oraz ich przyczyn. Ta szczegółowa analiza wykazała, że oficjalnie zgłoszono 430 przypadków pożaru/uszkodzenia cieplnego, z których 210 zostało spowodowanych przez sam system fotowoltaiczny. W porównaniu z całkowitą wartością 1,3 miliona systemów fotowoltaicznych zainstalowanych do 2013 r. w Niemczech, liczba ta jest nieznaczna, odpowiada to zaledwie 0,016% wszystkich systemów fotowoltaicznych w tym kraju. Przy czym mówimy tu o incydentach, które miały miejsce w okresie, w którym dostępne materiały i technologie fotowoltaiczne nie były jeszcze tak zaawansowane jak obecnie.
Widoczny w ostatnich latach ogromny wzrost popularności systemów PV ma jednak także negatywne skutki. Potencjale zagrożenie mogą stanowić instalacje przygotowane przez ekipy bez doświadczenia lub z materiałów nie spełniających norm, albo po prostu źle dobranych. Źródłem niebezpieczeństwa mogą być w głównej mierze błędy przy poprowadzeniu przewodów, użycie niewłaściwych złączek lub stosowanie niewłaściwych materiałów.
Do innych przyczyn pożarów należy brak regularnego serwisu i okresowych pomiarów, czyli m.in. kontroli rezystancji izolacji czy badania z użyciem kamery termowizyjnej pozwalającego wychwycić punkty o podwyższonej temperaturze.
Dobór zabezpieczeń przeciwpożarowych
Zabezpieczenia powinny zostać wykonane zarówno po stronie prądu przemiennego (AC), jak i stałego (DC), czyli od paneli do falownika. Dobór elementów systemu zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznej następuje na etapie projektowej. Wśród nich wymienić należy zabezpieczenia nadprądowe czyli wyłączniki lub bezpieczniki oraz rozłączniki i ograniczniki przepięć. Rolą tych komponentów jest zapewnienie bezpieczeństwa w przypadku nieprawidłowego działania instalacji, uszkodzenia czy nawet zniszczenia jej elementów. Umożliwiają one także prace konserwacyjne dotyczące PV, a podczas akcji gaśniczej ograniczają ryzyko porażenia prądem interweniujących strażaków.
Podczas projektowania instalacji fotowoltaicznych uwzględnia się między innymi następujące zabezpieczenia i standardy:
- stosowanie konektorów tego samego rodzaju i pochodzących od tego samego producenta;
- po stronie prądu stałego zaleca się stosowanie bezpieczników o charakterystyce typu gPV (do ochrony fotowoltaiki)
- po stronie napięcia przemiennego zaleca się wykorzystanie wyłączników różnicowoprądowych (RCD) typu B (uniwersalne)
- wyposażenie obiektu w gaśnicę.
Przeciwpożarowy wyłącznik prądu powoduje odcięcie dopływu prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas gaszenia pożaru. Przeciwpożarowy wyłącznik prądu powinien być zlokalizowany w pobliżu głównego wejścia do obiektu i odpowiednio oznakowany.
Zabezpieczenie przed prądem wstecznym realizowane jest zwykle przez bezpiecznik z wkładką topikową o charakterystyce gPV (przeznaczoną do ochrony fotowoltaiki). Rozwiązania te zostały tak zaprojektowane, aby sprawnie wyłączać nawet niewielkie przeciążenia mogące uszkodzić moduły fotowoltaiczne. Norma IEC 60269-6 obejmująca wymagania dodatkowe dotyczące wkładek topikowych do zabezpieczania fotowoltaicznych systemów energetycznych określa dla jakich granicznych wartości prądu wkładka ma ulec przepaleniu odcinając obwód.
Coraz częściej stosowane są tzw. optymalizatory mocy. Urządzenia te podłączone są bezpośrednio do każdego panelu. Podstawowym ich zadaniem jest jak najlepsze wykorzystanie potencjału PV. Dzięki takiej optymalizacji zacieniony lub mniej sprawny panel nie obniża całkowitego uzysku mocy z instalacji. Optymalizator mocy pozwala jednak także monitorować każdy panel z osobna i zawczasu wykrywa problemy, które mogłyby zakończyć się pożarem. W momencie zaniku napięcia zasilającego lub odłączenia falownika, automatycznie zmniejsza napięcie paneli do 1V.
Zalecane jest posiadanie gaśnicy proszkowej zawierającej co najmniej 4 kg proszku gaśniczego. Umożliwia on bezpieczne gaszenie instalacji elektrycznych z odległości co najmniej 1 m. Gaśnica ta powinna znaleźć się obok falownika oraz rozdzielnicy zawierającej zabezpieczenia instalacji.
Odgromowa ochrona instalacji PV
Należy także pamiętać o systemie zabezpieczenia odgromowego w instalacji fotowoltaicznej, który jest jednym z najważniejszych punktów przy projektowaniu oraz montażu systemu PV. Istotnym jej elementem jest piorunochron zapobiegający bezpośredniemu uderzeniu pioruna na małej wysokości. Konieczne jest także uziemienie wspornika ciągu paneli fotowoltaicznych.
Ochronę przed bezpośrednim wyładowaniem piorunów zapewnić można umieszczając elementy systemu PV w przestrzeni chronionej. Konieczne jest także zachowanie właściwych odstępów izolacyjnych pomiędzy urządzeniami systemu, a przewodami odprowadzającymi. Należy również unikać krzyżowania się instalacji fotowoltaicznych i odgromowych i zastosować odpowiednie odległości – zwykle minimalna odległość to 50 do 90 cm. W skrzynce przyłączeniowej ciągu fotowoltaicznego należy zainstalować ogranicznik przepięć (SPD). Uziemione powinny być także urządzenia w pomieszczeniu sprzętowym instalacji fotowoltaicznej.
Przepisy przeciwpożarowe dla instalacji fotowoltaicznych
Kwestie bezpieczeństwa pożarowego instalacji PV należy rozpatrywać biorąc pod uwagę czynniki takie jak miejsce zainstalowania, moc instalacji, prawidłowe wykonanie projektu i późniejszego montażu, jak również zapewnienie okresowych przeglądów i konserwacji. Kwestie prawne z tym związane reguluje Prawo Budowlane.
Od 2020 roku w art. 29 ust. 2 pkt. 16 ustawy "Prawo budowlane" nałożono obowiązek uzgodnienia z Państwową Strażą Pożarną projektu mikroinstalacji fotowoltaicznej (o mocy do 50 kW), jeżeli jej moc zainstalowana przekracza 6,5 kW. Wówczas niezbędne jest opracowanie dokumentacji projektowej, stanowiącej przedmiot uzgodnienia. Ustawa, poza koniecznością uzgodnienia projektu w art. 56 ust. 1a, nakłada obowiązek zawiadomienia organów Państwowej Straży Pożarnej o zakończeniu wykonania instalacji fotowoltaicznej i planowanego przystąpienia do jej użytkowania. Prawo nie nakłada jednak obowiązku uzyskania pozwolenia na budowę mikroinstalacji fotowoltaicznej oraz obowiązku ich zgłaszania. Zawiadomienie Straży Pożarnej o montażu instalacji fotowoltaicznej należy do obowiązku inwestora lub wykonawcy, w zależności od udzielonych uprawnień w tym zakresie. Zgłoszenie to ma za zadanie m.in. ułatwienie prowadzenia ewentualnej akcji gaśniczej w przypadku zaistnienia takiej potrzeby.
Zawiadomienie powinno składać się z części opisowej dotyczącej ochrony przeciwpożarowej oraz części rysunkowej. Na stronach rządowych znajdują się wzory tych dokumentów. Od wykonawcy instalacji fotowoltaicznej należy wymagać dokumentacji zawierającej podstawowe informacje na temat systemu fotowoltaicznego, które obejmować powinny m.in. schemat połączeń, rozmieszczenie poszczególnych elementów oraz okablowania. Pomimo dołożenia wszelkich możliwych starań nie jesteśmy w stanie wyeliminować ryzyka pożaru całkowicie, dlatego warto także rozważyć zakup ubezpieczenia.
Marek Rzewuski
Fot. Zeneris Projekty/Depositphotos
