Czy instalacja fotowoltaiczna może się zapalić?

Podejmując decyzję odnośnie inwestycji w instalacje fotowoltaiczne – oprócz oczywistych aspektów związanych z korzyściami ekonomicznymi i ekologicznymi – nasuwa się jedno zasadnicze pytanie: czy taka instalacja jest bezpieczna? Jakby nie było mamy do czynienia z mikroelektrownią na naszym dachu. Dlatego w tym artykule chciałbym przedstawić podstawowe kwestie związane z bezpieczeństwem instalacji fotowoltaicznych, z punktu widzenia mieszkańca domu wyposażonego w system fotowoltaiczny. Informacje te na pewno będą także pomocne wielu firmom zajmującym się fotowoltaiką.

* dr inż. Marcin Michalski, https://www.facebook.com/energetyka.michalski

Rynek fotowoltaiczny w Polsce dynamicznie się rozwija. Jeszcze w 2012 roku instalacje fotowoltaiczne praktycznie nie były widoczne w naszym kraju, podczas gdy już w 2015 pracowało 4217 mikroinstalacji przyłączonych do sieci na domach jednorodzinnych, a w roku 2018 liczba ta wyniosła aż 55 105 [1]. Co ważne ta znacząca tendencja wzrostowa wcale nie spada! Ma na to wpływ kilka czynników:
– coraz korzystniejsze zmiany w ustawie o odnawialnych źródłach energii,
– wzrost cen energii,
– formy dofinansowań (np. program „Mój prąd”, ulga termomodernizacyjna).
Myślę, że nie ma co się dziwić takiej sytuacji, tym bardziej, że fotowoltaika montowana na dachu budynku nie zabiera miejsca, jest cicha i nie wytwarza zanieczyszczeń, a jej zainstalowanie trwa tylko kilka dni. 

Badania pożarów w Niemczech – tylko 0,02% od fotowoltaiki

Przeglądając wiadomości, można natknąć się na przypadki, gdzie spłonął dom lub doszło do porażenia prądem. Na razie takich przypadków w naszym kraju jest kilka, ale należy pamiętać, że rynek fotowoltaiczny jest dopiero w początkowej fazie rozwoju. Dlatego mówiąc o bezpieczeństwie, w dużej mierze możemy odnieść się do sytuacji, jaka jest u naszych zachodnich sąsiadów – Niemców, którzy są liderem tych rozwiązań i stosują je komercyjnie od 2000 roku (a pierwsze nawet od 1991). 
Takie badania nie tylko miały miejsce w Niemczech, ale również u naszych południowych sąsiadów – Czechów. W roku 2012 przeprowadzili oni dwa próbne pożary mające na celu określenie słabych punktów systemów fotowoltaicznych oraz metod gaszenia [4]. 
Powyższe badania pokazują, że problem istnieje i choć obecnie stanowi niewielki procent, to jednak nikt z nas nie chciałby się w nim znaleźć i stracić dorobek całego życia. 
Dlatego zobaczmy, jakie mogą być przyczyny awarii/pożaru oraz sprawdźmy, jak można ich uniknąć.

W 2015 roku w Niemczech TÜV Rheinland i Instytut Systemów Energetyki Słonecznej im. Fraunhofera przeprowadzili inspekcje oraz badania związane z wystąpieniem pożarów na budynkach wyposażonych w systemy fotowoltaiczne. Analizując 1,3 mln instalacji PV, zgłoszone szkody to 430 budynków, z czego ustalono, że 210 pożarów wywołały instalacje fotowoltaiczne. Co prawda procentowo jest to niecałe 0,02%, ale jak widać problem występuje [3]. 

Elementy instalacji – przyczyny awarii i środki zapobiegawcze

Po pierwsze trzeba zwrócić uwagę na specyfikę działania instalacji fotowoltaicznej. Moduły fotowoltaiczne produkują energię prądu stałego o napięciu nawet do 1000 V, co stanowi zagrożenie śmiertelnym porażeniem prądu (nominalna wartość zagrażająca życiu to 120 V) oraz ze względu na stały charakter prądu, w przypadku wystąpienia zwarcia powstanie łuku elektrycznego, czyli… źródła ognia. 

Moduły z certyfikatami
Dlatego niezbędnym jest zweryfikowanie czy moduły fotowoltaiczne mają certyfikaty i są przewidziane na rynek europejski (jest to również weryfikowane przez dystrybutorów energii podczas składania „ZM”, czyli zgłoszenia mikroinstalacji). 

Przewody solarne i prowadzenie trasy kablowej
Kolejną istotną kwestią jest sprawdzenie, czy na instalacji zostały użyte odpowiednie przewody solarne. 

Uwaga, jeśli wykonawca chciał „zaoszczędzić” i wykorzystał zwykłe przewody elektryczne, istnieje ogromne prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru! 

Przewody solarne wykonane w podwójnej izolacji są przygotowane do pracy systemu do 1000 V (zwykłe przewody najczęściej są do 450 V) i odporne na warunki zewnętrzne (promieniowanie UV, zmiany temperatury, dodatki trutek na gryzonie) oraz są przewodami niepalnymi, samogaszącymi. 
Użycie odpowiednich przewodów nie wystarcza do uniknięcia zagrożenia, ponieważ wymagają prawidłowego ułożenia i prowadzenia trasy kablowej. Również istotne są połączenia przewodów (najlepiej przez oryginalne złącza MC4). Przewody i złącza nie powinny swobodnie leżeć na dachu. Stanowi to zagrożenie przetarcia, albo podczas opadów deszczu/śniegu ich zerwania. Dlatego jeśli widzimy wiszące przewody i złącza na naszej instalacji, albo podczas wiatru coś hałasuje na dachu, to należy niezwłocznie zgłosić się do firmy wykonawczej z reklamacją.
Szczególnie jest to niebezpieczne na dachach pokrytych blachą, ponieważ w przypadku uszkodzenia izolacji, wysokie (niebezpieczne dla życia) napięcie wystąpi nie tylko na przetartym odcinku przewodu, ale również na całej powierzchni dachu. 
Ważne jest także uziemienie ram modułów i konstrukcji mocowania systemu, co daje dodatkowe bezpieczeństwo podczas wystąpienia awarii. Ze względu na prawdopodobieństwo wystąpienia wyładowań atmosferycznych należy też zweryfikować czy zostały zamontowane (albo są w wyposażeniu falownika) zabezpieczenia przeciwprzepięciowe.

Falownik – certyfikaty, chłodzenie, aparatura kontrolna
Kolejnym elementem instalacji fotowoltaicznej, która może stanowić zagrożenie to falownik oraz skrzynki elektryczne/trasy kablowe. Oczywiście podobnie jak jest to w przypadku modułów, tak i falownik musi mieć certyfikaty i być dopuszczonym na rynek europejski. Jednakże warto zweryfikować z instrukcją montażu czy został on właściwie zainstalowany. Falownik ma na celu zamianę prądu stałego z modułów fotowoltaicznych na prąd przemienny – taki jaki mamy w naszych domach. Tej przemianie towarzyszy wytworzenie ciepła, dlatego falowniki mają radiatory/wentylatory służące do chłodzenia aparatury. Tutaj należy pamiętać, aby nie kłaść niczego na górną cześć falownika, bo służy ona od oprowadzania ciepła (nawet do 70oC). Warto też zobaczyć, gdzie są zlokalizowane wentylatory zasysające powietrze do chłodzenia i czy nie zostały one zasłonięte przez elementy montażowe lub są nieprawidłowo odsunięte od zabudowy np. ściany bocznej. 

Nieprawidłowy montaż lub późniejsze zabudowanie/zastawienie falownika może doprowadzić do zmniejszenia produkcji mocy elektrycznej. Falownik obniża swoją wydajność, jeśli nie jest w stanie się schłodzić. A w skrajnych przypadkach może doprowadzić do powstania pożaru. Warto pamiętać, że dobre falowniki są wyposażone w aparaturę kontrolną, która weryfikuje poprawność połączeń elektrycznych oraz przy każdorazowym włączeniu sprawdza rezystancję izolacji DC, czyli weryfikuje, czy izolacja na przewodach nie została uszkodzona (np. na skutek przetarcia, przegryzienia przez gryzonie). Warto także, aby falownik był podłączony do Internetu, co może znacząco zmniejszyć ryzyko pożaru oraz niezwłocznie interweniować podczas awarii. 

Kolejnym rozwiązaniem zmniejszającym ryzyko awarii jest stosowanie optymalizatorów mocy przy modułach fotowoltaicznych, które (w zależności od producenta) zmniejszają napięcie strony DC do znikomych wartości, jeśli instalacja jest rozłączona lub doszło do uszkodzenia izolacji. Takie rozwiązania dają dodatkowe bezpieczeństwo, ale także maksymalizują uzyski z systemu fotowoltaicznego. Warto jeszcze pamiętać, że wszystkie przewody zarówno DC, jak i AC muszą być prowadzone w peszlach/rurkach/kanalikach. 

Ważne kto montuje i… koniecznie protokół!

Oczywiście prawidłowa praca instalacji to nie tylko urządzenia wysokiej jakości, ale również ich poprawny montaż. Dlatego warto wybierać firmy z doświadczeniem i z odpowiednimi uprawnieniami/certyfikatami (podstawę stanowią uprawnienia elektryczne G1, warto także, aby monterzy mieli certyfikat UDT: instalatora systemów fotowoltaicznych). Po wykonanym montażu firma powinna wykonać pomiary zgodnie z normą PN-EN 62446-1: „Systemy fotowoltaiczne (PV) — Wymagania dotyczące badań, dokumentacji i utrzymania — Część 1: Systemy podłączone do sieci — Dokumentacja, odbiory i nadzór”. Do tych pomiarów w kategorii „I” związanej z bezpieczeństwem instalacji należą:
– ciągłość połączeń uziemiających/wyrównawczych,
– rezystancja izolacji przewodów,
– kontrola polaryzacji (sprawdzenie prawidłowości przewodu „+” i „-„),
– napięcie obwodu otwartego (Uoc),
– prąd zwarciowy (Isc),
– sprawdzenie funkcjonalne.

Po wykonaniu pomiarów inwestor otrzymuje protokół. Brak takiego protokołu w przypadku np. pożaru lub popsucia danego elementu instalacji może powodować odmowę wypłacenia odszkodowania lub utratę gwarancji producenta! Taki protokół jest waży do 5 lat, po tym okresie należy powtórzyć pomiary. Jeśli firma instalatorska nie przekazała takiego protokołu, inwertor ma prawo zgłosić reklamację. Tym bardziej, że instalatorzy podpisując się w „Zgłoszeniu mikroinstalacji” deklarują, że została ona wykonana zgodnie z normami i przepisami. Oczywiście warto również pamiętać o okresowych konserwacjach/serwisach systemu fotowoltaicznego (IEC 62446-2: „Systemy fotowoltaiczne – Wymagania dotyczące testowania, dokumentacji i konserwacji – Część 2: Systemy podłączone do sieci – Konserwacja systemów PV”).

Gdy jednak wybuchnie pożar…

Jednakże co zrobić w sytuacji, jeśli wybuchnie pożar, nawet niekoniecznie wywołany przez system fotowoltaiczny? Tutaj wrócimy do badań z początku artykułu. 

W 2011 roku w Niemczech przeprowadzono test (Fire Retardants Online 2011 cytowany w BRE 2017b), podobny test przeprowadzili też Czesi w 2012. Testy miały na celu określenie bezpieczeństwa podczas gaszenia pożaru instalacji fotowoltaicznej. Na ich podstawie zweryfikowano normę VDE-0132:2008 „Gaszenie pożarów w instalacjach elektrycznych lub w ich pobliżu”. Okazało się, że norma jest wystarczająca i instalacje fotowoltaiczne nie powodują żadnych nietypowych zagrożeń. Po prostu palący się obiekt należy potraktować, jak obiekt pod napięciem. 

Wówczas norma zaleca minimalną bezpieczną odległość 1 m, jeśli gasi się pożar za pomocą rozpylonego strumienia wody i 5 m przy użyciu ciągłego strumienia wody. Dodatkowo warto, aby strażacy byli wyposażeni w bosaki dielektryczne oraz nie dotykali elementów metalowych połączonych z instalacją fotowoltaiczną, jak i samej instalacji fotowoltaicznej. Dostępne są też środki gaśnicze, które stosuje się bezpośrednio na moduły fotowoltaiczne – wytwarzają one gęstą pianę, która uniemożliwia dostanie się promieniom słonecznym do ogniw fotowoltaicznych, a przez co nie jest produkowana energia elektryczna. 
Procedura związana z gaszeniem pożaru wymaga natychmiastowego wyłączenia głównego wyłącznika prądu. Właściciel ma obowiązek poinformować służby gaszące pożar o zasilaniu budynku alternatywnymi źródłami! Sami strażacy powinni również zwrócić uwagę czy na obiekcie znajdują się moduły fotowoltaiczne (warto obejść, bo np. moduły mogą być zainstalowane od strony ogrodu, a nie wejścia) [3, 4]. 
Niestety w opinii publicznej powtarza się mit o tym, że strażacy nie ugaszą pożaru obiektu wyposażonego w system fotowoltaiczny, co jest oczywiście nieprawdą. Ale strażacy muszą być odpowiednio przygotowani i przeszkoleni, aby bezpiecznie mogli dokonać akcji gaśniczej. Dlatego ważnym jest, aby strażacy odbywali okresowe szkolenia związane z ich bezpieczeństwem oraz sposobami gaszenia instalacji fotowoltaicznych. Dlatego warto sprawdzić, czy strażacy odpowiedzialni za obszar, w którym znajduje się nasz dom, zostali przeszkoleni i wyposażeni w odpowiedni sprzęt BHP (między innymi buty, bosaki dielektryczne).

Źródła:
[1] SBF POLSKA PV
[2] https://chosse.wordpress.com/ – Arkadiusz Kuźmiński
[3] https://www.forum-fronius.pl/bezpieczenstwo-pozarowe-instalacji-fotowoltaicznych/
[4] https://www.energie21.cz/author/bronislav-bechnik/
[5] https://safersolar.com.au/what-causes-solar-power-system-fires/
[6] Zdjęcia należące do Energetyka Marcin Michalski