Mitől égnek a modulok?

A fotovoltaikus rendszerek különféle alkatrészei polimertartalmuk miatt gyúlékonyak. A kristályos üvegfilm vastagrétegű modulokban (c-Si) a polimerek aránya 5-10%. Ez körülbelül 600–1200 g/m². A tömeget főleg a beágyazó anyag (EVA beágyazó fólia) és a hátlap (PET / PVF) adja, de nem feledkezhetünk meg különféle ragasztó- és tömítőanyagokról, valamint szigetelőanyagokról, amelyeket a csatlakozódobozokba, csatlakozókábelekbe és csatlakozókba szerelnek be.

50 m²-es feltételezett modulfelületnél (kb. 38 szabványos modul, kb. 9 kWp)

• akár 60 kg polimer is lehet csak a modulokban.
• A vezetékekben, csatlakozódobozokban vagy inverterekben van még néhány kg-nyi.

Ezek a polimerek általában nagy mennyiségű hőt termelnek az égés során. Meglepő, de polietilén (PE) kicsit több hőt termel, mint a fűtőolaj (PE: 46 MJ / kg> fűtőolaj: 43 MJ / kg).

Napelemes rendszerkategóriák

• Kültéri telepítésű
• Ferde tető: a tetővel párhuzamos rendszer
• BIPV: tetőbe integrált napelemes rendszer
• Lapos tető: emelt napelemes rendszer,
• BIPV: Homlokzatba integrált rendszer,
• PV függönyfal

A tűzvizsgálatok fő megállapítása szerint:

1. A PV modulok technológiájuktól és kialakításuktól függetlenül gyúlékonyak.
2. Teljes tűz esetén a PV modulok önállóan tovább éghetnek.
3. Az égő anyagok (fólia, olvadt üveg) néhány percen belül lecsepeghetnek.
4. Az igénybevételtől függően az üvegtáblák néhány perc múlva összetörhetnek.
5. Alacsonyabb polimertartalmuk miatt az üveg-üveg modulok kevesebb égéshőt és füstgázt fejlesztenek.

Kár- és tűzelemzés fotovoltaikus rendszereken

Németországban a napelemes rendszerek tűz- és túlmelegedési eseteit kutatták. 430 fotovoltaikus rendszerekben keletkezett tűz/hőkár esetet elemeztek. Kb. 220 olyan esetet, ahol a tűznek külső oka is volt és kb. 210 olyan esetet, amikor a napelemes rendszerben keletkezett a tűz. Ez utóbbiakat tovább elemezték.

Az ív ereje

Megfigyelték, hogy az ív pusztító ereje meredeken növekszik, ha egy soros ív párhuzamos ívvé fejlődik, például amikor a húrból származó ív eléri a szálkábelek kötegét. A Lorentz-erő miatt a párhuzamos ív hajlamos eltávolodni a PV-moduloktól, és így a tűzveszélyt az inverter irányába tereli.

Az épületbe integrált rendszerekben a tényleges számukhoz képest sokkal nagyobb arányban keletkezett olyan tűzeset, amiben egy épület megsérült vagy megsemmisült. (Ez magába foglalja a homlokzatba integrált rendszereket is.) Ez azzal magyarázható, hogy a tipikus cseréptetők „kemény védőhatása itt már nem érvényesül. Ha ugyanis a PV rendszerben túlmelegedés vagy ív keletkezik, a tetőn belüli rendszerek gyújtóforrása már az épületben van.

Ez azt is jelenti, hogy a tetőbe integrált rendszereket különösen nagy körültekintéssel kell megtervezni és kiépíteni.

A károsodás okai

Termékhibák – elsősorban a modulokat és az invertereket érintő tervezési hibaként jelentek meg. A "tervezési hibák" főként a mechanikai szerkezetre vonatkoznak. Pl.:

• Egymáshoz túl közel szerelt modulok, amelyek erő hatására eltörtek és elektromos ívet húztak.
• A túl szoros szerelősínek okozta nyíróerők a modul-csatlakozódobozokon károsították a dobozokat, és ívképződéshez vezettek.
• A generátor csatlakozódobozainak és invertereinek védelem nélküli elhelyezése a szabadban, aminek következtében a hőmérséklet és a páralecsapódás tüzet okozhat ezekben az alkatrészekben
• Hiányzó tűzgátló válaszfalak az épületbe egyenáramú kábelekkel történő belépéskor.

A tervezési hibák jelentős hatással lehetnek a tűz lehetséges következményeire. Ha az inverter betonfalon lóg, az egyenáramú csatlakozáson lévő ív csak koromfoltot okoz. Ha egy gerendán lóg, vagy falapon áll, épülettüzet okozhat. Ugyanilyen tűzterjedést segítő hatása van az inverter környezetének.

Az elektromos szerkezet fő hiányosságai

• Nem megfelelő inverterek a szabadban vagy nem megfelelő helyen lévő Inverter (közvetlen napfény, korrozív gázok)
• Kábelek és vezetékek alulméretezése
• Alulméretezett DC főkapcsolók
• Nem megfelelő biztosítékok a DC oldalon
• Nem veszik figyelembe a biztosítékok hőveszteségét
• A generátor csatlakozódobozában lévő egyenáramú vezetékek a fém éleihez dörzsölődnek
• Nem megfelelő bilincsek alumínium kábelekhez
• A PV generátor utólagos bővítése a berendezések terhelhetőségének ellenőrzése nélkül

Telepítési hibák – nehéz beépítési körülmények, nagy időkényszer, szakértelem hiánya.

• Az egyenáramú csatlakozó rosszul van csatlakoztatva
• A csatlakozó rosszul vagy egyáltalán nincs préselve
• A csavaros kapocs nincs meghúzva
• A kábelek elégtelen csupaszítása a vezetőszigetelés befogásával
• Alumínium kábelek nem megfelelő megmunkálása (helytelen kivezetések, nyomatékszabályozás hiánya)
• A kábelek feszültségmentesítésének hiánya (mechanikai igénybevételhez vezet a kapcsokon).

Külső behatás – elsősorban állatkár, villámcsapás, vagy szakszerűtlen beavatkozás.

A vizsgálatok következtetései

• A kapcsolók a tartósan megnövekedett környezeti hőmérsékletre gyorsított érintkezőromlással reagálnak.
• Tervezéskor a kapcsolókat túlméretezni kell. Képesnek kell lenniük a rendszer névleges áramának legalább 125%-ának átvitelére.
• Minden kapcsolót évente ellenőrizni kell a túlmelegedés észlelése érdekében, ennek során feszültségmentesítve tízszer kell működtetni.

Irodalom

LEITFADEN Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung 1. Auflage - März 2015

A poszt a Rescue Security & Safety VII projekt részeként jelent meg.