Bezpieczeństwo pożarowe instalacji fotowoltaicznej
2. Doświadczenia innych rynków
Jak wspomniano we wstępie, ten rozdział zawiera przegląd incydentów pożarowych z udziałem systemów fotowoltaicznych na budynkach w wybranych krajach.
2.1 Niemcy
Niemcy są jednym z najstarszych rynków PV na Świecie i jednocześnie największym w Europie. W 2015 roku TÜV Rheinland we współpracy z Instytutem Systemów Energetyki Słonecznej im. Fraunhofera (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems; ISE) opublikował raport o incydentach pożarowych z udziałem systemów fotowoltaicznych związanych z budynkiem do roku 2013 i ich przyczynami. Ta szczegółowa analiza wykazała, że oficjalnie zgłoszone zostało 430 przypadków pożaru / incydentów pożarowych, z których 210 zostało wywołanych przez sam system PV. Porównując to do łącznej liczby około 1,3 mln instalacji PV istniejących w 2013 roku, stanowi to zaledwie 0,016% wszystkich systemów PV zainstalowanych w Niemczech (Spanski i inni, 2015). Poniższe ilustracje pokazują rozłożenie incydentów pożarowych do różnych typów źródeł błędów i błędów.
Analiza wykazała, że ponad 70% błędów wynika z wpływów zewnętrznych lub błędów montażowych (patrz rysunek 2). Podczas gdy tylko 17% błędów powodujących pożar jest spowodowanych awarią sprzętu (patrz rysunek 2), zaledwie 10% jest usterką falownika (patrz rysunek 1).
Szczegółowa analiza przyczyn awarii dla zdarzeń pożarowych wskazała wystąpienie łuku elektrycznego jako główną przyczynę pożarów z udziałem systemów fotowoltaicznych. Przyczyny te są wymienione w tabeli 1, posortowane według składników i prawdopodobieństwa wystąpienia.
| Komponent | Możliwa przyczyna wystąpienia łuku elektrycznego |
|---|---|
| Złącza DC | łączenie wtyczek i gniazd DC pochodzących od różnych producentów wtyczka lub gniazdo słabo zaciśnięta na miejscu instalacji wtyczka nie włożona całkowicie złącze mechanicznie uszkodzone lub skorodowane z powodu niewłaściwej instalacji, warunków atmosferycznych, ugryzień zwierząt lub błędów w produkcji wtyczka lub gniazdo słabo zaciśnięta na etapie produkcji |
| Zaciski śrubowe w rozdzielnicy lub falowniku (po stronie prądu stałego) | styk zostało niedokładnie dokręcony, kabel niewystarczająco głęboko włożony zbyt duży moment dokręcający skutkujący zerwanie gwintu zacisku śrubowego niedowymiarowane, ułożone zbyt blisko siebie przewody zacisk dokręcony na izolacji, a nie na żyle przewodu |
| Połączenie lutowane (w module) | złe podłączenie lutowia, starzenie z powodu naprężeń mechanicznych lub termicznych |
| Dioda by-pass | przepięcie z powodu burzy lub przepięcia łączeniowe w systemie długotrwałe działanie przeciążenia termicznego |
| Moduł | nieprawidłowo dobrane bezpieczniki niewłaściwa instalacja |
| Kabel DC | długotrwałe działanie związana z pogodą (promieniowanie UV, wilgotność, zmiana temperatury, …) uszkodzenie spowodowane niewłaściwą instalacją (załamanie, …) ugryzienia zwierząt |
| Wyłącznik prądu stałego | nieodpowiedni dla instalacji DC |
| Skrzynka przyłączeniowa | złe połączenie lutowane starzenie się z powodu stresu mechanicznego / termicznego |
| Ogólne błędy instalacji | niewłaściwy stopień ochrony (wilgotność, kurz) odwrotne włożenie kabla w dławik PG |
2.2 Wielka Brytania
W 2017 r. BRE National Solar Center opublikowało szczegółowy raport na temat incydentów pożarowych związanych z budynkami.
Zgodnie z tym sprawozdaniem (BRE 2017a), od 2010 roku w Wielkiej Brytanii doniesiono o 58 zdarzeniach pożarowych dotyczących systemów fotowoltaicznych związanych z budynkami. W porównaniu do całkowitej liczby około 1 miliona systemów PV, daje to 0,0058% wszystkich zainstalowanych systemów PV. Poniższe ilustracje pokazują alokację incydentów pożarowych do różnych typów błędów i źródeł błędów.
Wyłączając kategorię “Nieznany typ błędu”, większość incydentów pożarowych wynika z czynników zewnętrznych i błędów instalacji. Tylko około 9% wszystkich zdarzeń pożarowych jest weryfikowany jako awarię sprzętu (patrz rysunek 4).Wyłączając kategorię “Nieznany typ błędu”, większość incydentów pożarowych wynika z czynników zewnętrznych i błędów instalacji. Tylko około 9% wszystkich zdarzeń pożarowych jest weryfikowany jako awarię sprzętu (patrz rysunek 4).
Poniższa lista przedstawia główne przyczyny powstawania łuków elektrycznych zidentyfikowane w raporcie (BRE 2017a). Wiele z nich dotyczy problemów ze złączami DC. W przeciwieństwie do tabeli 1, ta lista nie jest sortowana według prawdopodobieństwa wystąpienia.
- Wnikanie wilgoci powodujące degradację połączeń w złączach, skrzynkach połączeniowych i przełącznikach
- Nieprawidłowo zaciśnięte styki złącz
- Łączenie niekompatybilnych wtyczek i gniazd
- Wtyczki i gniazda nie są w pełni złączone
- Niezupełnie dokręcone śruby lub luźne zaciski śrubowe w skrzynkach przyłączeniowych lub rozłącznikach izolacyjnych
- Słabo lutowane połączenia w skrzynce przyłączeniowej modułów fotowoltaicznych lub inne wady skrzynki przyłączeniowej
- Uszkodzenie podzespołu (np. przerwane busbary w module fotowoltaicznym)
Podobnie jak w przypadku Niemiec (patrz rozdział 2.1), analiza incydentów pożarowych związanych z systemami fotowoltaicznymi na budynkach w Wielkiej Brytanii wykazała, że obok zewnętrznych źródeł błędów większość błędów prowadzących do pożaru wynika z awarii instalacji po stronie DC systemu PV.
2.3 Holandia
Holenderska Organizacja Stosowanych Badań Naukowych (TNO) zakończyła w 2018 roku dochodzenie w sprawie szeregu incydentów pożarowych z udziałem dachowych systemów PV.
Zgodnie z ustaleniami raportu pożary doprowadziły wyłącznie do szkód gospodarczych. W 2018 roku stwierdzono 23 incydenty pożarowe z udziałem domów, co stanowi zaledwie 0,014% wszystkich około 170 tysięcy domowych instalacji PV zarejestrowanych na koniec 2018 roku w Holandii.
Raport TNO stwierdził, że około 70% pożarów zostało spowodowanych przez wadliwe złącza DC, a zwłaszcza przez stosowanie złączy typu MC4 pochodzących od różnych producentów.
Jeśli dwa złącza nie łączą się prawidłowo lub jeśli między dwoma różnymi materiałami styku występuje warstwa korozyjna, może pojawić się podwyższona rezystancja styku. Miejsce to nagrzewa się, gdy płynie prąd i pojawia się „gorący punkt”. Ze względu na pojawienie się ciepła, materiał kontaktu może dyfundować lub nawet stopić się, aż w pewnym momencie połączenie zostanie całkowicie przerwane. W tym przypadku nad – początkowo bardzo małą – szczeliną powietrzną może wytworzyć się łuk szeregowy, a to może prowadzić do pożaru.
Inne incydenty pożarowe były spowodowane akumulacją ciepła, skrzynkami przyłączeniowymi modułów i bliskością instalacji do materiałów palnych, przy czym każdy z tych czynników stanowił 10% przypadków.
