Bezpieczeństwo przeciwpożarowe instalacji PV

TÜV Rheinland i Instytut Systemów Energetyki Słonecznej im. Fraunhofera przeprowadziły w 2015 roku badanie, z którego wynika, że tylko 430 z 1,3 miliona przebadanych gospodarstw domowych z instalacjami PV było bezpośrednio narażonych w związku z pożarem. Za przyczyny tego stanu rzeczy uznaje się najczęściej czynniki zewnętrzne, związane głównie z warunkami atmosferycznymi, oraz czynniki ludzkie, polegające na błędach popełnionych w trakcie instalacji lub montażu, takich jak: 

• Zbyt mocno dokręcone śruby, ponieważ może to prowadzić do mikrouszkodzeń, 
• Za słabo dokręcone śruby, prowadzące do luzowania połączeń i wzrostu ich rezystencji, 
• Niska jakość paneli fotowoltaicznych, 
• Niewłaściwe zabezpieczenia fotowoltaiczne całego systemu,
• Wady po stronie części stałoprądowej, na przykład złe połączenie konektorów,
• Nieprawidłowa liczba uziemień,
• Złe prowadzenie przewodów,
• Korzystanie ze złączek różnych producentów,
• Nieprawidłowo wykonane rozdzielnice DC.

Inną przyczyną pożarów są także awarie urządzeń, w tym wypadku najczęściej dotyczące gorących miejsc na panelu fotowoltaicznym, powstałych wskutek mikrouszkodzeń.

Do zapłonu może doprowadzić też zainstalowanie falownika na materiale palnym, ponieważ radiator w inwerterze może osiągnąć temperaturę około 80 °C, a także nieodpowiedni dobór bezpieczników DC.

Podczas projektowania instalacji PV, dobrze jest rozumieć, jak może wyglądać jej pożar, niezależnie od tego, czy ma on charakter wtórny. Zgodnie z bieżącymi standardami, kiedy panele fotowoltaiczne znajdują się na dachu, pomiędzy modułem a dachem często zachowuje się pustą przestrzeń. Tam może gromadzić się materiał palny, taki jak na przykład liście. W przypadku braku regularnego czyszczenia tego miejsca, w warunkach pożaru przestrzeń ta może działać jak komin, potęgując działanie ognia.

Przykładowa instalacja fotowoltaiczna, wykorzystująca falownik stringowy i dwadzieścia modułów połączonych szeregowo, może osiągać napięcie stałe o wartości nawet 1000 V.  

Jest to ilość dalece wykraczająca poza wartości bezpiecznego napięcia dotykowego i stanowi zagrożenie dla życia i zdrowia. Prowadzi to do ryzyka porażenia prądem podczas akcji Straży Pożarnej. Ze względu na to, że obowiązek instalacji wyłącznika przeciwpożarowego pojawia się dopiero w przypadku budynków o kubaturze powyżej tysiąca metrów sześciennych lub obecności materiałów wybuchowych, brak stosownych zabezpieczeń w teorii może doprowadzić do rezygnacji z działań gaśniczych.

System fotowoltaiczny może generować prąd stały DC o napięciu 1000 V – w sprzyjających warunkach, może to doprowadzić do awarii łuku DC, spowodowanego wysokim napięciem pomiędzy dwoma przewodami znajdującymi się blisko siebie. Optymalizatory umożliwiają obniżenie napięcia DC przy zaniku napięcia AC. 

Choć głównym celem tych urządzeń jest zwiększenie efektywności instalacji fotowoltaicznej, to ich zastosowanie zwiększa bezpieczeństwo, ponieważ umożliwiają one obniżenie napięcia DC do 60 V w trybie awaryjnym. Warto jednak pamiętać, że w takim scenariuszu instalacja i inwerter nadal osiągają napięcie w wysokości 1000 V. 

Zgodnie z ustawą Prawo Budowlane, uzgodnieniu z rzeczoznawcą do spraw przeciwpożarowych podlegają wszystkie instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej większej niż 6,5 kWh. Dotyczy to wszystkich budynków, włączając w to również domy jednorodzinne.  

Warto pamiętać, że instalacje poniżej 6,5 kWh nie są wolne od nadzoru. Jeśli dojdzie do jakichkolwiek nieprawidłowości, na przykład nie będą spełnione ogólne wymogi z Artykułu 5 ustawy Prawo Budowlane, wówczas organ nadzoru budowlanego ma prawo interweniować. Działania nie są podejmowane automatycznie, niemniej mogą zostać podjęte w oparciu o zgłoszenie strony trzeciej. 

Jaka jest rola rzeczoznawcy do spraw przeciwpożarowych?

Przede wszystkim uzgadnia dokumentację projektową oraz weryfikuje jej zgodność z przepisami przeciwpożarowymi. To oznacza, że rzeczoznawca dba, aby w razie potrzeby akcja ratowniczo-gaśnicza przebiegła sprawnie, ale przede wszystkim, aby w ogóle nie trzeba było jej przeprowadzać. Najczęściej sprowadza się to do współpracy z projektantem instalacji, podczas której pełni funkcję doradczą. 

Z punktu widzenia współpracy z rzeczoznawcą, kluczowe jest, aby autor podpisał się imiennie na dokumentacji projektowej. Logo i nazwa firmy w roli podpisu nie wystarczą.

Jak wygląda kwestia uprawnień?

Jeśli dana instalacja fotowoltaiczna podlega pod prawo budowlane, wtedy ustawa precyzuje wymogi wobec projektanta, w tym posiadania odpowiednich uprawnień. Nie wymaga się ich w przypadku instalacji niezdefiniowanych przez ustawę. 

W dużym uproszczeniu, projekt instalacji fotowoltaicznej jest dokumentem, na podstawie którego instalator może tę instalację wykonać. Podstawowo powinien on składać się z: 

• Opisu technicznego, 
• Oznakowania, 
• Schematu instalacji, 
• Rzutu instalacji, 
• Sposobu prowadzenia okablowania.  

W tym zakresie różni się od projektu architektoniczno-budowlanego, wykonywanego przez architekta. Projektem technicznym zajmuje się instalator i powinien być sporządzony przez osobę z odpowiednimi kwalifikacjami. Z kolei projektami wykonawczymi nazywamy projekty niepodlegające ustawie, bez projektu technicznego i budowlanego. 

Całość stanowi formę dialogu między projektantem a rzeczoznawcą i znacząco wpływa na bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznej. Podejmuje się go przed wykonaniem instalacji, a nie po jej montażu - odwrotny scenariusz powodowałby ogromne koszty dla inwestora. Proces możemy podzielić na takie etapy, jak: 

1. Uzyskaniu dokumentacji.
2. Ocenie jej zgodności z przepisami prawa przeciwpożarowego.
3. Omówieniu zastrzeżeń.
4. Uzgodnieniu finalnych rozwiązań.

Formalnie nie jest to zabronione. Nie zaleca się jednak takiej metody, ponieważ pierwsze projekty rzadko kiedy są akceptowane bez dalszych modyfikacji, a wersję elektroniczną łatwiej edytować.

Większość uzgodnień odbywa się na podstawie dokumentacji projektowych i niekiedy zdjęć, bez fizycznej obecności rzeczoznawcy na miejscu instalacji. Istotne jest również to, że proces uzgodnienia dotyczy nie tylko nieruchomości z instalacją fotowoltaiczną. Ważnym aspektem dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego są również obiekty znajdujące się w pobliżu.

W zakresie formalnym, uzgodnienie będzie dotyczyć aspektów takich jak: 

• Właściwości pożarowe, 
• Reakcja elementów PV na ogień,
• Wyposażenie instalacji w środki ochrony przed pożarem, 
• Ochrona odgromowa, 
• Prowadzenie przewodów i klasa reakcji kabli na ogień,
• Oznakowanie budynku,
• Przygotowanie obiektu i terenu do prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych,
• Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, jeśli jest zalecany dla danej instalacji.

Kryteria kontroli, niezbędna dokumentacja i testy odbiorcze są opisane w normie PN-EN 62446-1:2016-08. 

Podstawowe kryteria wynikają z rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie. W tym wypadku warunki to kubatura tysiąca metrów sześciennych i zagrożenie wybuchem.  

Rolę wyłącznika przeciwpożarowego może pełnić zarówno rozłącznik, jak i wyłącznik, ponieważ oba te urządzenia doprowadzą do odłączenia zasilania. Akceptuje się również inne rozwiązania, w zależności od rodzaju budynku i jego uwarunkowań dla prowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej.

Przeciwpożarowy wyłącznik prądu powinien znajdować się na wysokości 1,4 metra nad poziomem gruntu. Należy go odpowiednio oznakować, a jego użycie odcina zasilanie z sieci elektroenergetycznej, co ma ułatwić pracę Straży Pożarnej.

W tym celu najczęściej wykorzystuje się: 

• Bezpieczniki i wyłączniki DC, chroniące przed ryzykiem wystąpienia przeciążeń i zwarć, 
• Rozłączniki instalacyjne, odcinające moduły od inwertera, 
• Zwody poziome i pionowe, oraz ograniczniki przepięć. (W zakresie analizy ryzyka wyładowania w obiekt i jego instalacje, należy wziąć pod uwagę normę PN-EN 62305-2.) 

Każdy element układu podnosi ryzyko związane z jego wadliwym działaniem.Z tego względu nie w każdej instalacji fotowoltaicznej wymaga się zabezpieczeń zwarciowych. Standardowo rzeczoznawca weryfikuje, czy takie rozwiązanie jest potrzebne, ponieważ w niektórych przypadkach mogłoby zwiększać ryzyko, zamiast je obniżać.  

W tym zakresie warto wziąć pod uwagę, że wyłączniki RCD nie mogą pracować po stronie napięcia DC. Ochrona po stronie DC jest realizowana przede wszystkim przez izolację podstawową i wzmocnienie przewodów. Jedną z ról nowoczesnego falownika jest właśnie monitorowanie stanu izolacji przewodów w instalacji fotowoltaicznej. 

Zabezpieczenia AFDD stosuje się, zgodnie z normą PN-EN 60364-4-42 załącznik A1, po stronie AC. Po stronie DC nowoczesne falowniki korzystają z AFCI, co w Polsce może być wymagane w szczególnych przypadkach o podwyższonym ryzyku wystąpienia pożaru, takich jak na przykład drewniane domy.

W przypadku strony DC należy stosować kable w podwójnej izolacji, z czego zewnętrzna powinna być odporna na działanie UV. Przewody tras kablowych DC i AC można prowadzić w jednym korycie, o ile spełniają warunki opisane w normie PN-HD 60364-5-52:2011.

Okablowanie strony pod modułami zaleca się prowadzić bez dodatkowych osłon, a mocowanie powinno odbyć się z wykorzystaniem opasek ze stali nierdzewnej (lub tworzywa sztucznego odpornego na działanie UV). Kable powinny być odciążone zgodnie z wymogami producenta, a ich maksymalne nagięcie definiuje norma VDE 0100-520.

Przy prowadzeniu tras kablowych, należy uwzględnić oddziaływanie śniegu i wiatru. Jeśli instalacja nie przewiduje zastosowania przeciwpożarowego wyłącznika prądu, okablowanie powinno się prowadzić podtynkowo lub w ogniotrwałych osłonach. W przypadku dachów płaskich zaleca się prowadzenie okablowania w metalowych korytach kablowych z zabezpieczonymi ostrymi krawędziami.

Inwerter należy zamontować na podłożu o klasie reakcji na ogień minimum A2, w pomieszczeniu zdolnym do odprowadzania energii cieplnej, z kolei moduły nie powinny znajdować się w bezpośrednim sąsiedztwie materiałów palnych. Temperatura takiego miejsca nie powinna przekraczać 35 °C, chyba że producent przewidział inną wartość.

Statystycznie, instalacje fotowoltaiczne nie są szczególnie narażone na pożary o charakterze pierwotnym. Warto jednak wziąć pod uwagę, że ryzyko istnieje, a w przypadku pożarów o charakterze wtórnym, ich obecność lub nieprawidłowe zabezpieczenie może znacząco utrudnić lub nawet uniemożliwić prowadzenie akcji ratowniczo-gaśniczej. 

Z tych powodów, zgodnie z intencją ustawodawcy, instalacje fotowoltaiczne o mocy powyżej 6,5 kWh należy uzgadniać z rzeczoznawcą do spraw przeciwpożarowych. Warto pamiętać, że instalacje niespełniające tego kryterium również podlegają ogólnym przepisom prawa budowlanego i także powinny być odpowiednio zabezpieczone. 

Samo uzgodnienie instalacji fotowoltaicznej nie jest czynnością jednorazową, ale procesem, mającym na celu osiągnięcie możliwie sprawnego działania instalacji przy jednoczesnym zapewnieniu jej bezpieczeństwa.  

• Instalacje fotowoltaiczne o mocy powyżej 6,5 kWh należy uzgodnić z rzeczoznawcą do spraw bezpieczeństwa przeciwpożarowego.  
• Pożary instalacji fotowoltaicznych najczęściej mają charakter wtórny. W przeciwnym wypadku będą wynikać z błędów popełnionych w trakcie projektu lub montażu oraz zastosowania tanich materiałów lub złączek różnych producentów. 
• Budynki narażone na wybuch lub o kubaturze większej niż tysiąc metrów sześciennych powinny być wyposażone w przeciwpożarowy wyłącznik prądu.  
• Ochrona odgromowa polega nie tylko na zwodach, ale przede wszystkim na ogranicznikach przepięć.  
• Zabezpieczenia AFDD stosuje się po stronie AC, podczas gdy zabezpieczenia AFCI można stosować po stronie DC, jeśli wystąpi taka potrzeba.