5 tűzveszélyes helyzet és azok elhárítása PV-rendszereknél

24 Aug 5 tűzveszélyes helyzet és azok elhárítása PV-rendszereknél

Bevezetés

A napelemes rendszer továbbra is az egyik legkedveltebb alternatív energiaforrás. A 2019-es évben több mint 120 GW teljesítménynek megfelelő PV-rendszer kezdte meg működését. Normál üzemi körülmények között a szakemberek által a vonatkozó előírások betartásával telepített és karbantartott fotovillamos rendszerek rendkívül biztonságosnak számítanak. Mivel azonban egyre több PV-rendszert telepítünk a talajra, a háztetőkre és az épületekbe integrálva is, az esetleges tűzvész okozta kockázatról sem szabad megfeledkeznünk (mint bármely más elektromos hálózat esetén).

1995 és 2012 között Németországban 400 olyan tűzeset történt, amely PV-rendszerrel hozható összefüggésbe. 180 esetben a PV-rendszer egyetlen alkotóeleme volt a tűz forrása. A napelemes rendszerek biztonságának hangsúlyozása érdekében azonban kiemelendő, hogy ez a 180 eset az adott időszakban történt tűzesetek mindössze 0,1%-át jelentette Németországban.

A PV-rendszereknél előforduló balesetveszélyes helyzetek és azok elhárítása

1. Égés és szennyeződés

A napelemes rendszerek különféle elemei polimertartalmuk miatt gyúlékonyak. Ilyen például a modulok EVA-fóliája és polimer hátlapja, illetve a string kábelek, a csatlakozódobozok és az inverterek polimerből készült részei. A Német Gazdasági és Energiaügyi Minisztérium kutatása rámutatott, hogy egy 38 standard elemből álló, 9kWp teljesítményű PV-rendszer napelemeiben akár 60 kg-nyi polimer is lehet. A polimerek a fűtőolajnál jóval magasabb hőmérséklet képesek elérni (polimerek: 46 MJ/kg > fűtőolaj: 43 MJ/kg) 

Égés közben és után a PV-rendszerekből folyékony, szilárd és füst halmazállapotú szennyeződés távozik. Ilyen esetekben a lakosság nincs veszélyben, ugyanis a fotovillamos rendszerekben nagyon kevés veszélyes anyag található. Ezzel szemben a tűzoltók ki lehetnek téve különböző fémek (pl. ólom /c-Si/, kadmium vagy szelén) okozta veszélynek, ha vékonyrétegű napelemek is vannak a rendszerben. 

A veszély elhárítása:  

  • A tűzoltókat mindig tájékoztatni kell a napelemes rendszer jelenlétéről, annak pontos helyéről és típusáról, hogy biztonságosan megtervezhessék a beavatkozást.
  • A tűzoltóknak maszkot kell használniuk a káros és mérgező anyagok belélegzésének elkerülése érdekében.
  • A PV-rendszerből származó törmeléket veszélyes anyagként kell kezelni. Ennek megfelelően kell őket ökologikusan likvidálni.

2. Megcsúszás és leesés

Ha helyhiány miatt túl közel lettek egymáshoz telepítve a PV-rendszer elemei, az megcsúszással vagy leeséssel járó balesetveszélyes helyzetet teremthet.

A veszély elhárítása:

  • Hagyjon elég helyet a modulok között és ne telepítsen modult a tető szélére.
  • Címkézze fel a DC-kábeleket, és legyen naprakész nyilvántartása a kábelek elhelyezkedéséről.

3. Tetőomlás

A PV-rendszer miatt extra súly nehezedik a tetőre, ami a tető beszakadásához vezethet. A veszélyt növeli, ha a tűzben megsérülnek a tető tartógerendái. Az esetleges tűz esetén leeső napelemek az épületben lakók és a tűzoltók testi épségét is veszélyeztethetik.

A veszély elhárítása: 

  • Alaposan gondolja át a tervezést, szükség esetén konzultáljon építőmérnökkel.
  • Mindig tájékoztassa a tűzoltókat, hogy a tetőn napelemes rendszer található.

4. Zárlati vagy földelési hiba

PV-rendszerek magas DC-feszültségen működnek, ezért meghibásodás esetén zárlat alakulhat ki. A zárlat a feszültség kikapcsolásáig vagy az ívérintkezők egymástól történő eltávolításáig fennmarad. 

Az ehhez hasonló zárlati hibákat a napelemen belül nem megfelelően forrasztott csatlakozók vagy gyűjtősínek okozhatják.

Gyenge minőségű csatlakozódobozok esetén a laza kábelcsatlakozók és a nem megfelelően záródó borítás miatt rozsdásodás vagy rossz hőelvezetés alakulhat ki, de a gyenge minőségű bypass diódák is zárlatot okozhatnak.

Ezenkívül kockázatot okozhat, ha több gyártó termékeit csatlakoztatjuk egymáshoz.

Az átmeneti ellenállás jelentősen megnőhet, amely az érintett elem túlmelegedéséhez vezethet.

A veszély elhárítása:

5. Áramütés:

A PV-modulok mindaddig termelik az energiát, amíg elegendő teljesítményű fényforrás éri őket. Még a halogénlámpákból származó mesterséges fénnyel is előállítható annyi energia, hogy a PV-rendszer veszélyes mértékben feszültség alá kerüljön. Ugyanez érvényes a közelben égő tűzforrásból származó fényre is.

Egy másik lehetséges kockázat, ha a tűzoltóknak meg kell bontaniuk a tetőt, hogy hozzáférjenek a PV-rendszerhez. Ehhez át kell vágniuk az áram alatt lévő vezetékeket, ami szinte mindig zárlathoz vezet és súlyos áramütést okozhat.

Még a sérült napelemek is képesek annyi energiát termelni, hogy veszélyt jelenthessenek a mentési munkálatokban részt vevő tűzoltók testi épségére. Az UL tesztje azt mutatja, hogy a hőtől vagy tűztől sérült napelemek 60%-a a teszt után is teljes kapacitással képes működni.

A veszély elhárítása:

  • A PV-rendszer áramtalanítása.
  • A tűzoltóknak önálló légzőkészülék használata. 
  • Gyors leállítási megoldások alkalmazása, hogy a tűzoltók ne érintkezhessenek áram alatt lévő DC-kábellel.

Gyors leállítási megoldások:

Az USA 2017. évi nemzeti villamossági kódexének (NEC) 690.12 szakasza értelmében gyors leálláskor a napelem-vezetékek DC-feszültségének 30 másodperc alatt 80V alá kell csökkennie. 

A német VDE-AR-E 2100-712 szabályozás szerint leállítás után legfeljebb 120V feszültség lehet a PV-rendszerben. 

Az alábbi megoldások alkalmazásával a telepítést végző szakemberek még a legszigorúbb előírásoknak is eleget tudnak tenni.

Santon lakossági tűzvédelmi biztonsági kapcsoló (DFS)

Az eszközt a PV stringek közelébe kell telepíteni. Tűz esetén, mikor a tűzoltók megszakítják az AC áramkört, a Santon kapcsoló közvetlenül lekapcsolja a DC áramot a napelemek közvetlen közelében, így téve biztonságosabbá a munkavégzést a tűzoltók számára. A DFS úgy viselkedik, mintha a hőmérséklet 100˚C fölé emelkedett volna.

Az AC áram visszakapcsolásakor a DFS készülék automatikusan bekapcsolja a DC áramot.

A SolarEdge egyike azon kevés napelemgyártóknak, akik integrált gyors leállítási funkciókat is kínálnak. Ha az alábbi esetek bármelyik bekövetkezik, akkor a string feszültség a stringen lévő napelemek számával azonos mértékre csökken (vagyis ha 30 modul van bekapcsolva egy stringbe, akkor a string feszültség 30 másodperc alatt 30V-ra redukálódik):

  • Ha az inverter AC-kapcsolója ki van kapcsolva, vagy az AC és az inverter kapcsolata bármilyen más módszerrel megszakad (szándékosan vagy meghibásodás következtében). 
  • Ha a BE/KI kapcsolóval kikapcsoljuk az invertert. 
  • Ha a DC-kapcsoló ki van kapcsolva (csak a DC biztonsági egységgel rendelkező inverterekre vonatkozik). 

A SolarEdge rendszerekről az alábbi blogbejegyzésben olvashat bővebben: Áttekintés: a SolarEdge és a Tigo teljesítmény-optimalizálók összehasonlítása.

A gyors leállításra vonatkozó NEC 690.12 szakasz előírásait kétféle módon teljesítheti a Tigo megoldásaival.

  1. A Tigo által gyártott Flex MLPE (modulszintű szabályozó) termékek vezeték nélküli kommunikációt használnak a TAP és a TS4 modulok között.  A Flex MLPE-nél TAP és CCA (felhőszintű felügyelet) szükséges a gyors leállításhoz.
  2. A TS4-F PLC kommunikációt használt és RSS-adóként működik. A TS4-F csak modulszintű megfigyelés nélkül képes a gyors leállításra.

Mindkét megoldás alkalmazható a legismertebb invertereknél és PV-moduloknál. Veszélyhelyzetben, például tűz esetén a mentést végző szakemberek első dolga, hogy az épület AC-megszakítóját leválasztják. A hálózati áramkimaradás kikapcsolásra készteti az invertert, a CCA-t vagy az RSS-adót. Amikor a CCA vagy az RSS-adó kikapcsol, a biztonsági funkcióval ellátott TS4 egységek (TS4-S, TS4-O, TS4-L és TS4-F) automatikusan modulszintű leválasztás üzemmódba állnak, és teljesen kikapcsolják a kimeneti feszültséget és az áramellátást. Így ha a tűzoltók nem tudják aktiválni a modulszintű lekapcsolást, a TS4 egységek képesek észlelni a biztonsági protokollt és megfelelően reagálnak a vészhelyzetre. Ugyanez érvényes a TS4-F-et használó rendszerre is. Külső RSS-adók esetén – a NEC 690.12 rendelkezései szerint – ezeket az egységeket ugyanakkor kell kikapcsolni, mint az invertert.

A Tigo által kínált megoldásokról a Tigo támogatásai közt talál bővebb információkat.