Tag: bezpieczeństwo p.poż.

Bezpieczeństwo pożarowe instalacji PV, zarówno w aspekcie prewencji powstania pożaru, jak i ewentualnego gaszenia budynku z instalacją PV

“Kompatybilne” wtyczki MC4 mogą być przyczyną pożaru

“Kompatybilne” wtyczki MC4 mogą być przyczyną pożaru

W krajach, w których instalacje fotowoltaiczne są montowane od lat kilkunastu, przygotowano statystyki, z których wynika, że najczęstszą przyczyną powstania zagrożenia pożarowego instalacji PV są łuki elektryczne na niekompatybilnych złączach DC. Potwierdzają to między innymi najnowsze badania holenderskiego urzędu technicznego (TNO), które wskazują, że najczęstszym powodem pożarów było wykorzystywanie złączy różnych producentów. Rozważając zatem kwestie bezpieczeństwa pożarowego PV nie możemy pominąć tych drobnych, ale jakże istotnych elementów.

Więcej na temat potencjalnych przyczyn incydentów pożarowych w instalacjach PV można przeczytać w artykule Bezpieczeństwo pożarowe instalacji PV. Należy podkreślić, że prawidłowo wykonana instalacja fotowoltaiczna jest całkowicie bezpieczna, a incydenty pożarowe dotyczą zaledwie około 0,014 proc. wszystkich domowych instalacji PV.

Powstawanie łuku elektrycznego

Łuk elektryczny może zdarzyć się tylko wtedy, gdy wystąpią poważne usterki w istotnych dla bezpieczeństwa systemu PV elementach i nie zostaną one zawczasu wykryte. Przyczyną może być np. uszkodzenie podwójnej izolacji przewodu DC w kilku miejscach lub zwiększona oporność na styku uszkodzonego złącza.

Zasadniczo rozróżnia się łuki równoległe i szeregowe. Znacznie bardziej prawdopodobne jest wystąpienie łuku szeregowego. W typowym systemie PV istnieją niezliczone punkty połączenia szeregowego, np. w module między poszczególnymi ogniwami, na złączach przewodów, w skrzynce przyłączeniowej modułu, na zewnątrz modułu w skrzynkach połączeniowych DC, na złączach DC lub wewnątrz falownika. Jeśli jedno z tych połączeń jest słabo wykonane, jego stan będzie pogarszał się w trakcie pracy w wyniku zwiększonej rezystancji 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 łuk może wytworzyć się nad – początkowo bardzo małą – szczeliną powietrzną. Łuki szeregowe mają zwykle mniejszą energię niż łuki równoległe i często łuk występuje tylko w jednym z kilku równoległych łańcuchów. W rezultacie są one znacznie trudniejsze do zidentyfikowania, ponieważ instalacja wydaje się kontynuować normalną pracę. Jednak najlepiej można zapobiec ich powstawaniu lub co najmniej zminimalizować je, jeśli zastosuje się do wytycznych, takich jak chociażby: Ograniczenie ryzyka wystąpienia pożaru w instalacjach PV.

W przypadku tak zwanych łuków równoległych już zapewnienie monitorowania stanu izolacji DC przez falownik zapewnia znaczną ochronę, ponieważ poprzez wyeliminowanie pierwszych symptomów błędów izolacji, w większości przypadków można zapobiec powstaniu łuku równoległego. Oznacza to jednak, że operator systemu fotowoltaicznego musi być szczególnie uczulony, aby analizować komunikaty o błędach pochodzące z falownika i poinformować o tym fakcie specjalistyczną firmę.

Rys. 1. przedstawia schematycznie różne lokalizacje ryzyka wystąpienia łuków: szeregowych i równoległych.

W przypadku łączenia n modułów PV w pojedynczy łańcuch mamy n + 1 połączeń.

W przypadku stosowania w instalacji zewnętrznych urządzeń typu MLPE podłączanych do każdego z modułów, ilość połączeń wzrasta do (2 • n) + n + 1 = 3 • n + 1, a więc trzykrotnie!

Kompatybilność złączy MC4

W pierwszych latach budowania instalacji PV na rynku dostępny był szereg różnych typów złącz DC. Były to wyraźnie różne konstrukcje i nie można było ze sobą łączyć. Od początku lat 2000-tych złącze typu MC4 (produkowany przez Multi-Contact AG, od 1 stycznia 2017 o nazwie Stäubli Electrical Connectors AG) stało się najbardziej popularne. Inni producenci zaczęli dostosowywać swoje złącza do produktu “MC4”. Nie są jednakże dostępne żadne standardy, wytyczne ani specyfikacje techniczne, które szczegółowo definiowałyby konstrukcję tych konektorów. Norma PN-EN 62852:2015, często przywoływana w kontekście złącz DC, jest normą bezpieczeństwa produktu i nie ma na celu testowania wzajemnego dopasowania różnych złącz.

Doświadczenia innych krajów wskazują, że problemy ze złączami DC są główną przyczyną awarii oraz zagrożenia pożarowego w systemach PV. Raporty z różnych laboratoriów testowych wykazały, że szczególnie niebezpieczne mogą być połączenia wykonane złączami DC pochodzącymi od różnych producentów. Nawet jeśli spełniają one podstawowe wymagania jakościowe w krótkim okresie czasu, w dłuższej perspektywie mogą obniżać jakość połączenia, a w efekcie zwiększać zagrożenie pożarowe.

Łączenie modułów między sobą jest względnie bezpieczne, ponieważ łączy się je konektorami pochodzącymi od tego samego producenta. Problem pojawia się jednak na zakończeniach łańcucha modułów. Natomiast szczególną uwagę na zagadnienie kompatybilności złącz należy zwrócić przy podłączaniu do modułów zewnętrznych urządzeń MPLE (ang. Module Level Power Electronics), takich jak mikrofalowniki lub optymalizatory mocy. Niezastosowanie złącz tego samego typu i producenta w modułach PV i urządzeniach MLPE może potencjalnie prowadzić do zwiększenia ryzyka powstania łuku elektrycznego, a co za tym idzie – ryzyka powstania pożaru. 

Niezależnie od tych okoliczności, złącza DC są często deklarowane przez producentów jako „kompatybilne z MC4”. To twierdzenie o zgodności jest potencjalnie mylące, ponieważ sugeruje bezpieczną interoperacyjność złączy DC pochodzących od różnych producentów.

Przyczyny nieprawidłowego połączenia złączy DC pochodzących od różnych producentów mogą być następujące:

  • producenci używają różnych stopów metali. Powoduje to wysokie ryzyko zwiększonej rezystancji między złączami DC, np. z powodu korozji kontaktowej na styku dwóch różnych materiałów;
  • producenci stosują różne konstrukcje styków. Powoduje to wysokie ryzyko zwiększonej odporności;
  • nie są zdefiniowane tolerancje mechaniczne. Może to prowadzić zarówno do stresu materiałowego, jak i do luźnych (niepewnych) połączeń;
  • materiał użyty do polimerowych (plastikowych) części oryginalnego złącza DC nie został podany. To stwarza ryzyko niekompatybilności chemicznej oraz różnej rozszerzalności cieplnej, co przekłada się na przyspieszone starzenie elementów oraz ryzyko rozszczelnienia złącza, co może prowadzić do przedostania się pyłu i wody.

W Europie normy IEC 62548 i IEC 60364-7-712:2017 nie zezwalają na podłączanie złączy DC różnych producentów. Norma PN-EN 62852:2015-05 (wersja angielska) nie jest dedykowana do zastosowania w przypadku użycia złącz DC wytwarzanych przez różnych producentów i nie gwarantuje długoterminowej niezawodności takiego połączenia. Mimo wyraźnych zakazów w tych międzynarodowych standardach świadomość pojawiającego się zagrożenia, gdy lekceważy się te klauzule, nie jest dziś wystarczająca.

Podsumowanie

Stosowanie oryginalnych wtyczek MC4 jest jednym z podstawowych wymagań do zapewnienia bezpieczeństwa instalacji PV, zważywszy następujące fakty:

  • nie wolno łączyć ze sobą wtyczek i gniazd pochodzących od różnych producentów. Pojęcie wtyczka “kompatybilna z MC4” jest z założenia fałszywe, ponieważ nie ma żadnego standardu, który definiowałby, jakie parametry, wymiary oraz materiały mają być zastosowane, aby wtyczka idealnie “pasowała” do oryginału;
  • ze statystyk wynika, że jedną z najczęstszych przyczyn powstania zagrożenia pożarowego są wtyczki DC, zatem należy dążyć do zmniejszenia liczby połączeń DC w instalacji.
  • wszelkiego rodzaju urządzenia, które dołącza się bezpośrednio do modułów PV muszą mieć wtyczki tego samego typu i pochodzące od tego samego producenta, co moduły PV. Stosowanie wtyczek i gniazd “MC4” pochodzących od różnych producentów, w tym mieszanie oryginałów z kopiami, to najczęstsza przyczyna spalenia/pożaru złącza DC!

Więcej na temat oryginalnych złączy MC4 można przeczytać w artykule Pani Alicji Miłosz: Oryginalne złącza MC4; dlaczego warto je wybrać i jak rozpoznać wśród kopii.

Oryginalne złącza MC4 – dlaczego warto je wybrać i jak rozpoznać wśród kopii

Oryginalne złącza MC4 – dlaczego warto je wybrać i jak rozpoznać wśród kopii

Złącza fotowoltaiczne powszechnie znane jako MC4 stworzyła i wprowadziła na rynek szwajcarska firma Multi-Contact (czyli MC). Cyfra cztery w nazwie pochodzi od średnicy kontaktu elektrycznego równego 4mm. Złącza są powszechnie kopiowane przez wiele firm (Rys.1).

Rys. 1 Oryginalne złącza MC4 – pierwsze z lewej i ich nieudane kopie

Zalety oryginału

Nadal jedynie złącza firmy MC zapewniają minimalne straty wyprodukowanej energii od momentu uruchomienia i przez cały czas działania instalacji oraz jej bezpieczeństwo, ponieważ :

  1. Kontakty elektryczne wykonane są z miedzi cynowanej (w kopiach spotyka się np. stop CuNiSi)
  2. Pokrycie cyną miedzianych pinów zmniejsza tempo korozji elektrochemicznej powodującej wzrost w czasie rezystancji połączenia (posrebrzanie kontaktów jest gorszym rozwiązaniem ze względu na większą wartość potencjału elektrochemicznego na połączeniu Cu-Ag)
  3. Kontakty żeńskie wyposażone są w elementy sprężyste polepszające siłę styku.
  4. Kontakty elektryczne łączy się z przewodem za pomocą zaciskania, co zapewnia lepszy kontakt elektryczny niż zatrzaski (zatrzaski nie wymagają narzędzi, ale trudno jest określić rezystancję kontaktu takiego połączenia)

Dzięki w/w cechom rezystancja kontaktu jest minimalna nawet po 20 – 25 latach i nigdy nie przekroczy wartości 0,35mΩ, co potwierdziły wyniki testów starzeniowych wykonanych przez firmę Multi-Contact. Maksymalna wartość rezystancji kontaktu w monitorowej przez 12 lat instalacji PV wybudowanej na dachu firmy MC zmierzonej w warunkach rzeczywistych nie przekroczyła wartości 0,18 mΩ (wykres nr 1).

Wykres nr 1. Rezystancja kontaktu R (µΩ) w funkcji czasu t (dni)

Czy kopie rzeczywiście są gorsze?

Wybierając złącza do instalacji fotowoltaicznej należy być świadomym, że choć prawie wszystkie wyglądają podobnie, to ich obraz termowizyjny w czasie przepływu prądu produkowanego przez moduły może znacznie się różnić, o czym świadczy wynik testu wykonanego i opublikowanego w 2004 przez TÜV Rheiland (źródło: TÜV Rheiland 12/2004)

TÜV wybrał do testu złącza PV dostępne na rynku (zd. 2), obciążył je i zmierzył temperaturę kamerą termowizyjną (zd.3).

MC3 ↓ MC4 ↓

Zd. 2 Złącza wybrane przez TÜV Rheiland do testu

Zd.3. Obraz termowizyjny obciążonych złączy PV.

Temperatura niektórych złączy w czasie przepływu prądu była bardzo wysoka, co oznacza, że duża część wyprodukowanej energii wydzieliła się w postaci ciepła, czyli została stracona. Innym bardzo ważnym skutkiem zbyt wysokiej temperatury jest niszczenie izolacji złączy i przewodów.

Jedna z firm, która produkuje złącza łudząco podobne do złączy MC4, podawała w katalogu z 2010 roku rezystancję kontaktu swoich złączy ≤ 5.0 mΩ.

Poniższe 2 przykłady obliczenia energii wydzielonej się w postaci ciepła na złączach obrazują, jak duże wartości mogą wchodzić w grę.

Przykład nr 1

Obliczenie energii straconej na jednym połączeniu w ciągu 1 godziny na rezystancji kontaktu R= 4 mΩ, dla prądu I=10A

En=R x I²x t = 4mΩ x (10A) ² x 1h=400 mWh= 0,4 Wh

Na 100 połączeniach (wtyk/gniazdo) będzie to wartość 40 Wh , czyli stracimy tyle energii ile pobiera żarówka 40 W !!!

Przykład nr 2 (złącza MC4 firmy Multi-Contact)

Obliczenie energii straconej na jednym połączeniu w ciągu 1 godziny na rezystancji kontaktu R= 0,35 mΩ, dla prądu I=10A

En=R x I²x t = 0,35mΩ x (10A) ² x 1h=35 mWh= 0,035 Wh

Na 100 połączeniach (wtyk/gniazdo) będzie to wartość tylko 3,5 Wh.

Duże oszczędności w dużych instalacjach

Oczywistym jest, że im większa instalacja, tym większa ilość złączy, a w konsekwencji większa możliwa wartość energii straconej na rezystancji kontaktu, a co za tym idzie, mniejsza efektywność energetyczna danej instalacji.

Inwestorzy dużych elektrowni PV najpewniej nie zdają sobie sprawy, że zamawiając dużą ilość paneli fotowoltaicznych mogą żądać od producentów paneli, aby wyposażyli je w puszki odprowadzające prąd ze złączami zaufanej firmy lub dostarczyli je bez złączy ponieważ każdy panel, to jedna para złączy, czyli pojedyncze źródło strat.

14 października 2015r Polska Grupa Energetyczna Energia Odnawialna S.A. (http://www.pgeeo.pl/o-spolce/projekty-dofinansowane#elektrownia-fotowoltaiczna-na-gorze-zar) oddała do użytku elektrownię fotowoltaiczną o mocy 600 kW na Górze Żar w Międzybrodziu Żywieckim, w której zainstalowano 2400 paneli PV (Zd. 4). Wykonawca instalacji zastosował oryginale złącza MC4.

http://www.pgeeo.pl/media/visuals/energy/FarmaV.jpg

Zd. 4 Elektrownia Fotowoltaiczna należąca do PGE Energia Odnawialna S.A. na Górze Żar (http://www.gkpge.pl/)

Biorąc pod uwagę dane z przykładu nr 1 , gdyby panele wyposażone były w złącza złej jakości, straty energii wyprodukowanej w tej elektrowni tylko w ciągu 1 godziny dla prądu 10A mogłyby wynieść 2400 x 0.4Wh = 960 Wh (prawie 1kWh !).

Certyfikacja

Ważną informacją dla inwestorów oraz projektantów dużych elektrowni może być wiadomość, że złącza MC4 firmy Multi-Contact mogą być stosowane w instalacjach o napięciu 1500V, na co firma MC posiada stosowny certyfikat TÜV .

Wszystkie elementy połączeniowe produkowane przez firmę Multi-Contact odpowiadają obowiązującym normom (DIN V VDE V 01263, ochrona przed dotykiem bezpośrednim – IP2X, według normy IEC60529) zapewniając bezpieczeństwo użytkowania nawet w sytuacji rozłączenia obwodu , a napięcie nominalne instalacji może wynosić nawet 1000V-1500V.

Złącza firmy Multi-Contact posiadają następujące certyfikaty :

  1. TÜV
  2. UL (USA) (Większość producentów złączy posiada tylko certyfikat TÜV)
  3. CSA (Kanada)
  4. GOST (Rosja)
  5. Odporności na Sole zawarte w powietrzu
  6. Odporności na Amoniak zawarty w powietrzu (ważne w okolicach rolniczych)

ORYGINALNE złącza MC4 – jak je rozpoznać

C:\Users\ALICJA~1\AppData\Local\Temp\oryginalne_złącza_MC4-1.jpg

  1. Na obudowie wtyku ( MINUS) znajdują się białe napisy: z jednej strony: „ STOP”, a z drugiej – „Do not disconnect under load” (Nie rozłączaj w czasie przepływu prądu”)
  2. Na obudowie gniazda ( PLUS) widnieją wytłoczone pierwsze litery nazwy firmy czyli MC oraz UR informujące o posiadanym amerykańskim certyfikacie UL
  3. Czarny kolor uszczelki wykonanej z poliamidu (PA) o bardzo wysokiej odporności na starzenie termiczne

POSUMOWANIE

Zastosowanie oryginalnych złączy MC4 firmy Multi-Contact zapewnia:

  1. bezpieczeństwo pożarowe i elektryczne (skutkiem przegrzewania złączy może być zniszczona izolacja, co powoduje groźbę powstania łuku elektrycznego, a w jego następstwie pożaru)
  2. niezawodność (brak przerw serwisowych w pracy instalacji)
  3. dużą sprawność instalacji w długim okresie
  4. większy zysk całkowity inwestycji (mniejsze straty energii na rezystancji złączy i przewodów)

co znacznie przewyższa znaczenie zwiększonych wstępnych kosztów inwestycji, które według szacunków firmy MC mogą wynosić – 1 USD/1kWp mocy zainstalowanej.

mgr inż. Alicja Miłosz
SEMICON Sp. z o.o.
www.semicon.com.pl

Polecamy również lekturę artykułu “”Kompatybilne” wtyczki MC4 mogą być przyczyną pożaru

Dodatek

Zobacz, jak prawidłowo zaciskać wtyki MC4 na kablach
Zabezpieczenia przed skutkami przepięć i wyładowań piorunowych

Zabezpieczenia przed skutkami przepięć i wyładowań piorunowych

Opracowanie zawiera szczegółowe wytyczne w zakresie ochrony odgromowej i przepięciowej urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych instalowanych i użytkowanych w obiektach budowlanych. Zaprezentowano praktyczne przykłady błędów mogących powodować zwiększenie ryzyka strat w wyniku doziemnych wyładowań piorunowych. Zdefiniowano wymagania dla projektantów, wykonawców i zarządców obiektów budowlanych zmniejszające ryzyko potencjalnych strat. Omówiono niepokojące praktyki mające miejsce w Polsce, wpływające na minimalizację kosztów, maksymalizację zysków kosztem bezpieczeństwa i zwiększonego poziomu ryzyka.

Instalacja PV w budynku – naklejka

Instalacja PV w budynku – naklejka

W załączeniu oznaczenie “Instalacja PV w budynku” w krzywych oraz innych formatach graficznych.

Stosowanie tej naklejki jest dobrą praktyką i pomaga służbom technicznym (przeglądy budynku, serwis, straż pożarna) na szybką orientację, że w budynku jest instalacja PV, która nie zawsze musi być widoczna na dachu z poziomu ziemi.

Dla bezpieczeństwa osób, zaleca się, aby budynek w którym znajduje się instalacja fotowoltaiczna posiadał oznakowanie zgodne z normą PN-HD 60364-7-712:2016 w następujących miejscach:

/ w rozdzielni głównej budynku
/ obok głównego licznika energii (jeśli oddalony od rozdzielni głównej)
/ obok głównego wyłącznika
/ w rozdzielnicy, w której przyłączona jest instalacja fotowoltaiczna do instalacji elektrycznej budynku

Biała księga :: Ograniczenie ryzyka wystąpienia pożaru w instalacjach PV

Biała księga :: Ograniczenie ryzyka wystąpienia pożaru w instalacjach PV

W instalacjach elektrycznych, a więc także w systemach fotowoltaicznych, bezpieczeństwo ma ogromne znaczenie. Systemy PV, które są projektowane, instalowane i eksploatowane zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami technicznymi są bezpieczne i niezawodne, nawet w najbardziej niesprzyjających warunkach pogodowych. Jednak mogą zaistnieć scenariusze zdarzeń, które wymagają dodatkowych urządzeń zabezpieczających. Na przykład w systemach, które nie są regularnie monitorowane i w których moduły są instalowane na łatwopalnym dachu lub izolacji.

Ograniczenie ryzyka wystąpienia pożaru w instalacjach PV

Ograniczenie ryzyka wystąpienia pożaru w instalacjach PV

Niniejszy materiał bazuje na dokumencie opracowanym przez Niemieckie Stowarzyszenie Przemysłu Solarnego (Bundesverband Solarwirtschaft e.V.) – BSW-Solar. Bardzo dziękujemy za zgodę na wykorzystanie materiałów i publikację tych niezwykle ciekawych wytycznych na polskim rynku.

Fronius Polska Sp. z o.o.

WPROWADZENIE

W instalacjach elektrycznych, a więc także w systemach fotowoltaicznych, bezpieczeństwo ma ogromne znaczenie. Systemy PV, które są projektowane, instalowane i eksploatowane zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami technicznymi są bezpieczne i niezawodne, nawet w najbardziej niesprzyjających warunkach pogodowych. Jednak mogą zaistnieć scenariusze zdarzeń, które wymagają dodatkowych urządzeń zabezpieczających. Na przykład w systemach, które nie są regularnie monitorowane i w których moduły są instalowane na łatwopalnym dachu lub izolacji.
Ten dokument ma za zadanie przedstawić wytyczne dla projektantów, instalatorów, inspektorów i rzeczoznawców do spraw zabezpieczeń p.poż.

POWSTAWANIE ŁUKU ELEKTRYCZNEGO

Łuk elektryczny może zdarzyć się tylko wtedy, gdy wystąpią poważne usterki w istotnych dla bezpieczeństwa systemu PV elementach i nie zostaną one zawczasu wykryte. Przyczyną może być np. uszkodzenie podwójnej izolacji przewodu DC w kilku miejscach lub zwiększona oporność na styku uszkodzonego złącza.

Zasadniczo rozróżnia się łuki równoległe i szeregowe. Łuki szeregowe nie są łatwe do zidentyfikowania. Jednak najlepiej można zapobiec ich powstawaniu lub co najmniej zminimalizować je, jeśli zastosuje się do wytycznych niniejszego dokumentu. W przypadku tak zwanych łuków równoległych już zapewnienie monitorowania stanu izolacji DC przez falownik zapewnia znaczną ochronę, ponieważ poprzez wyeliminowanie pierwszych symptomów błędów izolacji, w większości przypadków można zapobiec powstaniu łuku równoległego. Oznacza to jednak, że operator systemu fotowoltaicznego musi być szczególnie uczulony, aby analizować komunikaty o błędach pochodzące z falownika i poinformować o tym fakcie specjalistyczną firmę.

Przykładowo, dla falowników firmy Fronius błędy związane ze zbyt niską wartością stanu izolacji sygnalizowane są kodem #475.

Rys. 1. Potencjalne miejsca wystąpienia łuków szeregowych i równoległych w instalacjach PV.

ZASADY PROWADZENIA PRZEWODÓW

Środki zapobiegające powstawaniu łuków elektrycznych i rozprzestrzeniania się uszkodzeń są łatwe do wdrożenia w fazie projektowania oraz w fazie instalacji. Poniższe zalecenia oparte są na możliwych do zaobserwowania głównych przyczynach powstawania łuków elektrycznych w systemach fotowoltaicznych. Biorąc pod uwagę te zalecenia, ryzyko wyładowania łukowego jest w dużej mierze wykluczone, a jego skutki są ograniczone.

A. Typ kabli i przewodów

Należy stosować wyłącznie kable solarne odpowiednie do zastosowań zewnętrznych i trudnych warunków pogodowych oraz odporne na promieniowanie UV. W Europie obecnie stosowane są indywidualne specyfikacje dla poszczególnych krajów. Normy nie są identyczne, a przy wyborze kabli solarnych należy również wziąć pod uwagę ich ogniotrwałość.

B. Wykorzystanie kanałów kablowych

Kanały kablowe oferują niezawodną ochronę przed obciążeniami mechanicznymi kabli i przed ich uszkodzeniem mechanicznym. Należy pamiętać, że na końcach kanałów kablowych lub siatek kablowych, a także na odgięciach i rozgałęzieniach nie może być ostrych krawędzi. Mogą one prowadzić do uszkodzenia izolacji kabli. Metalowe kanały kablowe mogą również łagodzić skutki wyładowań łukowych, ponieważ nie są one wykonywane z materiału łatwopalnego.

Ryc. 2: Koryto z zadziorami.
Uwaga – niebezpieczeństwo uszkodzenia izolacji!
Ryc. 3: Gratowanie kanałów kablowych, tak aby izolacja przewodów pozostała nienaruszona przez dłuższy czas Ryc. 4: Należy stosować ochronę krawędzi lub dodatkowo zabezpieczoną instalację w plastikowych rurach w obszarze krawędzi i ugięć przewodów
Ryc. 5: Kratka kablowa z wolnymi końcami prętów i ostrymi krawędziami.
Uwaga – niebezpieczeństwo uszkodzenia izolacji!
Ryc. 6: Należy usunąć końcówki prętów lub użyć ochraniaczy krawędzi Ryc. 7: Zalecana jest prowadnica kabla zintegrowana w konstrukcji wsporczej

Podczas układania przewodów należy zapewnić, aby nie były one stale zanurzone w wodzie. W przeciwnym razie izolacja może zostać uszkodzona. Warunek ten musi być zapewniony podczas instalowania kabli.

Elastyczne kable muszą być prowadzone ze wsparciem mechanicznym i zabezpieczone przed wpływami środowiskowymi po zainstalowaniu na stałe (PN EN 50565-1). Wymogi te dotyczą również kabli fotowoltaicznych zgodnie z normą PN EN 50618.

C. Promienie gięcia

Promień gięcia określony przez producenta musi być przestrzegany. W przeciwnym razie izolacja może być nadmiernie naprężona, co prowadzi do powstawania pęknięć, szczególnie w niskich temperaturach.

W przypadku elastycznych przewodów do instalacji fotowoltaicznych z reguły promień gięcia nie powinien być mniejszy niż 4 x D.

Ryc. 8: Nie można oprowadzać do pękania izolacji Ryc. 9: Promień gięcia a średnica kabla

Podczas montażu kabli do skrzynek przyłączowych falowników, skrzynek przyłączeniowych modułów, wtyczek i rozdzielaczy, należy również zapewnić odpowiednie promienie gięcia. W szczególności w przypadku modułów montowanych poprzecznie, należy z góry rozważyć wystarczającą długość kabli. Zawsze należy przestrzegać dopuszczalnych promieni zginania.

Ryc. 10: Skrzynka połączeniowa modułu Ryc. 11: W przypadku modułów montowanych poprzecznie należy zwrócić uwagę na odpowiednie długości kabli, aby zachować zgodność z promieniem gięcia i uniknąć dodatkowych obciążeń rozciągających na modułowym gnieździe połączeniowym.

Przy zmianie kierunku wiązek kabli należy wziąć pod uwagę różne długości kabli.


Ryc. 12. Zmiana kierunku prowadzenia przewodów

Jeśli promień gięcia nie może być dotrzymany przez zbyt krótkie przewody łączące, jest to uważane za poważną wadę instalacji.

D. Bezpieczny montaż przewodów

Mocowanie kabli służy przede wszystkim do przenoszenia obciążeń. Chroni to kable i zintegrowane zabezpieczenia (np. złącza) przed odkształceniami i przed przeciążeniem mechanicznym. Nasadka powinna zapobiegać otarciom linii lub ścieraniu izolacji. Nie wolno uszkadzać izolacji przewodów urządzeniami mocującymi. Wymagania te mogą zwykle spełniać tylko odpowiednie urządzenia / wsporniki. Opaski kablowe nadają się zatem tylko do mocowania kabli, a nie do przenoszenia obciążenia. Można stosować wyłącznie opaski kablowe zatwierdzone do użytku na zewnątrz (w szczególności odporność na promieniowanie UV).

Odstępy mocowania muszą być przestrzegane zgodnie z instrukcjami producenta lub ustaleniami z producentem przewodów. Jeśli nie są one dostępne, przyjmuje się, że odległość montażowa przewodów PV w poziomie powinna być nie mniejsza niż 250 mm, a w pionie: nie mniejsza niż 400 mm.

Podstawowe wymaganie: przewody muszą być luźno ułożone, nie mogą być układane pod obciążeniem mechanicznym, muszą być odciążone i w wystarczającym stopniu uwolnione od naprężeń. W trakcie funkcjonowania instalacji nie mogą być nigdy poddawane mechanicznemu naprężeniu. Należy unikać kontaktu z ostrymi krawędziami lub porysowaniem na szorstkim podłożu.

Kable należy mocować w odstępach zgodnych z instrukcjami producenta.

E. Odciążenie

Odciążenie chroni połączenia liniowe przed przeciążeniem mechanicznym. W poszczególnych elementach (wtyczka, skrzynka przyłączeniowa modułu, itp.) są one często zintegrowane i dlatego mogą one absorbować jedynie ograniczone siły. Na przykład w przypadku wtyków PV o średnicach przewodów 4-9 mm zintegrowany w standardzie reduktor naprężeń może wytrzymać 80N (IEC / EN 62852). Ewentualnie występujące obciążenia muszą zostać pochłonięte przez sposób układania.


Ryc. 13: Złącza DC i skrzynki połączeniowe modułów z dławikami PG – zintegrowane przepusty absorbują siły tylko w ograniczonym zakresie.

F. Odpowiednie zaprojektowanie i ustawienie złączy

Układając złącza, należy upewnić się, że są one prawidłowo zainstalowane (patrz także Rozdział 4 – Zalecenia dotyczące odpowiednich komponentów). Wtyczki muszą być zaślepione zgodnie ze specyfikacją producenta i nie mogą być montowane pod naprężeniem mechanicznym (przestrzegać odciążenia, patrz ryc. 13).


Ryc. 14: Złącze DC

Wtyki PV są zwykle chronione przed wnikaniem wody. Należy unikać trwałego zanurzenia wtyczek w wodzie. Ciągłe narażenie na wodę może negatywnie wpływać na poprawność działanie złączy.

Należy unikać umiejscawiania złączy w zasięgu bezpośredniego działania światła słonecznego.

O ile to możliwe, podczas projektowania instalacji należy wziąć pod uwagę dostępność złączy dla późniejszych przeglądów i serwisu: w trakcie funkcjonowania instalacji należy zapobiegać ewentualnemu zanieczyszczeniu i powstawaniu mchu na złączach lub należy je regularnie usuwać. Wtyczki muszą być zainstalowane zgodnie ze specyfikacją producenta.

G. Ograniczenie możliwości rozprzestrzeniania się ognia

Łuk elektryczny może zapalić łatwopalne membrany dachowe i leżącą pod nimi izolację w przypadku bezpośredniego kontaktu. Na etapie planowania należy zatem sprawdzić, czy można zastosować niepalne membrany dachowe lub izolację. Jeśli nie jest to możliwe, wpływ ewentualnego wystąpienia łuku należy zminimalizować w sposób trwały i wystarczający – należy zapewnić odległości między przewodem i poszyciem dachu (kanały kablowe lub wystarczająco gruba baza mineralna, taka jak żwir).

Wybierając materiały instalacyjne, należy wziąć pod uwagę, że tworzywa sztuczne mają wyższy potencjał zapłonu i rozprzestrzeniania się ognia niż materiały metalowe.

H. Ochrona przewodów na dachu

Wejścia kablowe do budynku muszą być wykonane profesjonalnie. Nie należy prowadzić kabli po ostrych krawędziach i nie należy przytwierdzać ich bezpośrednio do dachu. Odnośnie wpływu grawitacji na przewody decydujące są specyfikacje producenta kabla. Należy przestrzegać zalecane maksymalne odległości poziomych i pionowych mocowań kabli. Opaski kablowe są niedozwolone w przypadku działania grawitacji na przewody.

Zasadniczo powierzchnia wszystkich pętli przewodów musi być utrzymywana na jak najniższym poziomie w celu zmniejszenia indukowanych napięć spowodowanych uderzeniami piorunów (Ryc. 15). Bezpośrednio przed wprowadzeniem do budynku zaleca się, aby przewody DC-plus i DC-minus były poprowadzone osobno w odległości 5 do 10 centymetrów od budynku.


Ryc 15. Przy układaniu przewodów należy minimalizować powierzchnię pętli.

Kontynuowaniu możliwego równoległego łuku przez wpusty dachowe można zapobiec poprzez osobne zamontowanie przewodów DC-plus i DC-minus bezpośrednio przed wprowadzeniem do budynku. Generalnie zaleca się stosowanie bariery ogniowej do wprowadzania kabli do budynku. W ten sposób zapobiega się przekazywaniu ognia przez tak zwany efekt bezpiecznika.

I. Bezpiecznie szafki rozdzielcze i rozdzielnice

Skrzynki przyłączowe modułów PV muszą spełniać wymagania normy PN-EN 61439-2 (i jej załączników).

Należy zapewnić prawidłowe podłączenie kabli oraz rozdzielenie strony dodatniej i ujemnej w skrzynkach przyłączeniowych generatora i innych skrzynkach zaciskowych. Zwiększona rezystancja styku z powodu niewłaściwego połączenia może doprowadzić do przegrzania punktu końcowego, a to z kolei: do ryzyka pożaru z powodu łuków szeregowych.

Nawet przy rozłącznikach należy przestrzegać specyfikacji producenta. Niektórzy producenci zalecają używanie rozłączników DC minimum raz każdego roku. W wyniku tego działania powstające osady tlenkowe są ścierane, a rezystancja kontaktu jest znacznie zmniejszona.

ZALECENIA DOTYCZĄCE ODPOWIEDNICH MATERIAŁÓW

A. Przewody

Najwłaściwsze jest zastosowanie jednożyłowych kabli PV z oznaczeniem PV1-F, a następnie H1Z2Z2-K (PN-EN 50618). Posiadają izolację, która pozwala na ich stosowanie w urządzeniach i systemach klasy II. Ponadto mają wysoką odporność na wpływy środowiska, takie jak promieniowanie UV i wysoką wytrzymałość mechaniczną. Jeśli inne przewody są używane jako linie główne lub stałe, muszą być uziemione i zabezpieczone przed zwarciem. Należy je chronić przed warunkami atmosferycznymi i promieniowaniem UV, np. w zamkniętych kanałach kablowych.

B. Złącza MC4

Należy stosować wyłącznie złącza zgodne z PN-EN 62852. Odpowiedniki (męskie / żeńskie) muszą być tego samego typu i producenta.

C. Kanały i korytka kablowe (systemy prowadzenia przewodów)

Kanały i korytka kablowe muszą być zatwierdzone przez producenta do użytku na zewnątrz. W przypadku kanałów kablowych producent powinien zapewnić odpowiednią ochronę krawędzi. Preferowane są metalowe kanały kablowe i rury instalacyjne, pod warunkiem, że są one odporne na korozję. Gdy stosowane są kanały z tworzywa sztucznego, muszą być odporne na warunki atmosferyczne, a zwłaszcza na promieniowanie UV i ozon.

D. Tuleje

W celu wprowadzenia kabla do kanały kablowego należy zastosować tuleje (np. zgodnie z DIN 18195 część 9).

E. Mocowania

Złącza kablowe nie są odpowiednie do mocowania kabli. Mogą być używane tylko do łączenia kabli. Do zamocowania należy zastosować odpowiednie zaciski kablowe, klipsy itp.

F. Falowniki

Falowniki powinny być bezwzględnie instalowane zgodnie z wytycznymi producenta. Ze względu na zakres tego tematu, zostanie mu poświęcone osobne opracowanie.

G. Uziemienie, ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa

Właściwe uziemienie instalacji fotowoltaicznej wraz z ewentualną ochroną przed skutkami wyładowań atmosferycznych mają ogromne znaczenie dla uniknięcia jakichkolwiek usterek elektrycznych, które mogłyby doprowadzić do powstania pożaru. Gorąco zachęcamy do zapoznania się z obszerną literaturą udostępnianą przez wiodących producentów tych rozwiązań, takich jak Jean-Mueller (CITEL) lub DEHN.

H. Uwaga ogólna

W przypadku obiektów rolniczych może być również konieczna odporność na działanie amoniaku.

OZNAKOWANIE

Dla bezpieczeństwa osób, zaleca się, aby budynek w którym znajduje się instalacja fotowoltaiczna posiadał oznakowanie zgodne z normą: PN-HD 60364-7-712:2016 w następujących miejscach:

  • w rozdzielni głównej budynku
  • obok głównego licznika energii (jeśli oddalony od rozdzielni głównej)
  • obok głównego wyłącznika
  • w rozdzielnicy, w której przyłączona jest instalacja fotowoltaiczna do instalacji elektrycznej budynku


Ryc. 16. Etykieta wskazująca na obecność instalacji elektrycznej w budynku

Każdy z punktów z dostępem do elementów pod napięciem po stronie DC, takie jak rozdzielnice i skrzynki DC, powinny mieć trwałe oznaczenie wskazujące, że części znajdujące się pod napięciem mogą być nadal zasilane po rozłączeniu izolacyjnym.

Przykładowy tekst: „NAPIĘCIE DC INSTALACJI PV – UWAGA! Obwody mogą pozostać pod napięciem po rozłączeniu izolacyjnym strony DC!”.

Na falownikach należy umieścić ostrzeżenie, że wszelkie prace serwisowe można prowadzić dopiero po odłączeniu separującym falownika zarówno od strony DC, jak i AC. Uwaga: falowniki mają zgromadzoną energię w kondensatorach, której rozładowanie do wartości bezpiecznych może zająć nawet kilka minut.

REKOMENDACJE DOTYCZĄCE UŻYTKOWANIA

Aby zapewnić długoterminową wydajność i bezpieczeństwo pracy systemu PV, należy go poddawać regularnej inspekcji i konserwacji. Poniższy przegląd zawiera zalecenia dotyczące zawartości i częstotliwości konserwacji.

Kiedy Gdzie Co Kto Uwagi
Codziennie Falownik Kontrola wyświetlacza roboczego w celu uniknięcia utraty wydajności przy wyłączeniach awaryjnych Operator Alternatywnie: monitorowanie z aktywnym raportowaniem o błędzie do operatora
Monitoring danych operacyjnych (system) Kontrola stanu pracy za pomocą zdalnego monitorowania (w przypadku ochrony przeciwpożarowej należy zwrócić szczególną uwagę na błędy izolacji). Operator / serwis
Analizy komunikatów o błędach i odpowiednie działania serwisowe Serwis
Miesięcznie Licznik energii Monitorowanie wydajności: regularna rejestracja i analiza odczytów liczników

(nie dotyczy automatycznego gromadzenia i oceny danych operacyjnych).

Operator / serwis
Powierzchnia modułów Kontrola wzrokowa, czy występują poważne, oczywiste wady, takie jak przesunięte moduły, luźne: zaciski modułów, elementy ram montażowych lub kable solarne Operator Przemieszczanie się w okolicy pola modułów tylko po zatwierdzonych trasach!
Regularnie, najrzadziej co cztery lata Cała instalacja Powtórzenie pomiarów i testów przy uruchamianiu zgodnie z PN-EN 62446-1 Serwis
Sytuacyjne – po automatycznym wyłączeniu falownika Cała instalacja Rozwiązywanie problemów Serwis

*) W niniejszym dokumencie określenie „kable“ i „przewody“ stosowane jest zamiennie, choć skłaniamy się do definicji, wg której o ile każdy kabel jest przewodem, to nie każdy przewód jest kablem. W „Aparatach i urządzeniach elektrycznych” Witolda Kotlarskiego czytamy: „przewody mające izolację z materiałów stałych budowane są na niższe napięcia – maksymalnie do 6kV, a kable praktycznie na cały zakres stosowanych napięć.”

ŹRÓDŁO

Niniejszy artykuł bazuje na oryginalnym dokumencie „Merkblatt für Planer und Installateure. Lichtbogenrisiken an PV-Anlagen reduzieren” przygotowanym przez:

  • Bundesverband Solarwirtschaft e.V. – BSW-Solar (Niemieckie Stowarzyszenie Przemysłu Solarnego e.V. – BSW-Solar)
  • Deutsche Gesellschaft für Sonnenernergie e.V. – DGS (Niemieckie Towarzystwo Energii Słonecznej e.V. – DGS)
  • Fraunhofer-Institut für Solare Energie Systeme ISE (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE)
  • GDV TÜV Rheinland – www.tuv.com
  • Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. – GDV (Ogólne Stowarzyszenie Niemieckich Ubezpieczycieli e.V. – GDV)
  • Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke – ZVEH (Centralne Stowarzyszenie Niemieckiego Inżynierii Elektrycznej i Informatyki – ZVEH)

Pierwsza edycja: lipiec 2017 r

Wydawca niemieckiej edycji: Bundesverband Solarwirtschaft e.V.

Tłumaczenie na język polski: dr inż. Maciej Piliński, Fronius Polska Sp. z o.o.

ZASTRZEŻENIE

Zawarte w dokumencie informacje zostały pozyskane przez komitet ekspertów z BSW-Solar na podstawie wcześniejszych badań przyczyn powstawania i skutków działania ognia dla systemów fotowoltaicznych w projekcie www.pv-brandsicherheit.de TÜV Rheinland, Fraunhofer ISE i DGS Berlin Brandenburg we wrześniu 2015. Zalecenia, adaptacja i tłumaczenie były tworzone z najwyższą starannością. Wydawca oryginalnego dokumentu nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności za prawidłowość i przydatność informacji w indywidualnych przypadkach, ani za dokładność i rzetelność tłumaczenia na język polski. Niezbędna jest zatem wnikliwa analiza okoliczności i lokalnych przepisów, które należy zachować w przypadku konkretnej realizacji.


Artykuł do pobrania w wersji PDF – “Biała księga”

Biała księga :: Bezpieczeństwo pożarowe instalacji PV

Biała księga :: Bezpieczeństwo pożarowe instalacji PV

Fotowoltaika to niezwykle bezpieczna technologia, ale niektórzy nadal mają nieuzasadnione obawy dotyczące bezpieczeństwa instalacji PV. Plotki o palących się domach, które nie mogą zostać ugaszone, lub strażakach, którzy nie atakują ognia, jeśli na dachu znajduje się instalacja PV, stawiają takie systemy w złym świetle, na które nie zasługują. W rzeczywistości systemy fotowoltaiczne mają bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa w zakresie prewencyjnej ochrony przeciwpożarowej, a także bezpieczeństwa operacyjnego w przypadku pożaru.

Celem tego dokumentu jest ocena i prezentacja aktualnej sytuacji dotyczącej pożarów systemów fotowoltaicznych w wybranych krajach, oraz ustalenie, czy istnieje istotny wpływ takich systemów na ryzyko pożaru budynku. Chociaż PV jest bardzo bezpieczną technologią, a incydenty są rzadkie, analiza ta powinna uwydatnić najczęstsze powody wystąpienia łuku elektrycznego, a tym samym: możliwe powstanie pożaru. Na podstawie analizy usterek w wybranych krajach zaproponowano odpowiednie środki w celu dodatkowego zmniejszenia niewielkiego zagrożenia pożarowego powodowanego przez systemy PV.

Chociaż instalacje elektryczne od dziesięcioleci są częścią prawie każdego budynku, a strażacy wiedzą, jak sobie z nimi radzić, w społeczeństwie istnieje pewna niewiedza, jeśli chodzi o gaszenie pożaru związanego z fotowoltaiką. Analizując różne taktyki, działania i strategie, a także środki bezpieczeństwa zmniejszające ryzyko porażenia prądem przez strażaków, niniejszy dokument zawiera również zalecenia dotyczące postępowania w przypadku pożaru.

Bezpieczeństwo pożarowe instalacji fotowoltaicznych

Bezpieczeństwo pożarowe instalacji fotowoltaicznych

Każdy inwestor, który rozważa montaż instalacji fotowoltaicznej na swoim domu lub firmie, zadaje sobie pytanie: czy to jest bezpieczne? Czy instalacja PV nie będzie źródłem pożaru? A co się stanie, jeśli budynek zapali się z innej przyczyny – czy strażacy będą chcieli go ugasić? To są ważne zagadnienia i dlatego postaramy się na nie odpowiedzieć w niniejszym artykule.

Wprowadzenie

Należy podnieść, że ogólna wiedza na temat zagrożeń pożarowych wynikających z instalacji systemów PV opiera się głównie na mitach i informacjach rozpowszechnianych przez producentów sprzętu rzekomo mającego redukować takie ryzyko. Analizując opinie producentów i instalatorów, informacje prasowe oraz odpowiednią literaturę (Sepanski i in., 2015), zidentyfikowano następujące punkty, reprezentujące różnorodność nieprawidłowych informacji, które krążą w domenie publicznej:

  • Strażacy nie ugaszą pożaru w budynkach z systemem PV na dachu
  • System PV na dachu znacznie zwiększa ryzyko pożaru
  • System PV na dachu znacznie zwiększa ryzyko zranienia strażaków w sytuacjach awaryjnych
  • Wyłączenie instalacji PV na poziomie modułu zmniejsza ryzyko pożaru
  • Nie jest możliwe ugaszenie pożaru spowodowanego przez instalację PV
  • System PV na dachu znacznie zwiększa prawdopodobieństwo, że budynek zostanie trafiony przez piorun

Wymienione powyżej punkty powinny być krytycznie przeanalizowane, aby sprawdzić, czy istnieją realistyczne stwierdzenia, które potwierdzają lub unieważniają te pogłoski.

Mówiąc o bezpieczeństwie systemów PV, możliwe zagrożenia związane z pożarem można podzielić na dwie kategorie:

Ryzyko pożaru:

To ryzyko opisuje prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru. Im wyższe prawdopodobieństwo, tym większe ryzyko pożaru.

Ryzyko dla osób udzielających pomocy:

Ryzyko to opisuje prawdopodobieństwo, że strażak lub inny personel ratowniczy zostanie ranny podczas misji ratowniczej lub przeciwpożarowej.

Te dwie kategorie są równoważne, gdy mówimy o zwiększeniu bezpieczeństwa systemów fotowoltaicznych.

Podjęcie odpowiednich działań, które zmniejszają ryzyko pożaru, bezpośrednio zmniejsza ryzyko dla osób udzielających pomocy. ponieważ brak pożaru oznacza brak zagrożenia dla osób udzielających pomocy. Ta reguła nie ma jednak działania odwrotnego. Środki, które bezpośrednio wpływają na ryzyko dla służb ratowniczych, takie jak na przykład wymagania do ograniczenia napięcia poziomie modułów PV, często nie przyczyniają się do zmniejszenia ryzyka pożaru.

Doświadczenia innych rynków

Niemcy są jednym z najstarszych i największych rynków PV 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 zostały 430 szkody pożarowe, z których 210 zostało wywołanych przez sam system PV. Porównując to do łącznej liczby około 1,3 mln instalacji PV, stanowi to zaledwie 0,016% wszystkich systemów PV zainstalowanych w Niemczech. Poniższe ilustracje pokazują rozłożenie incydentów pożarowych do różnych typów źródeł błędów i błędów.

Źródło wystąpienia pożaru instalacji PV
Rys. 1. Źródło wystąpienia pożaru instalacji PV (Sepanski i inni, 2015)

 

Przyczyny wystąpienia pożaru instalacji PV
Rys. 2. Przyczyny wystąpienia pożaru instalacji PV (Sepanski i inni, 2015)

Analiza wykazała, że tylko około 17% błędów powodujących pożar jest opartych na awariach sprzętu (patrz rysunek 2), a tylko 10% błędów występuje w falowniku (patrz rysunek 1). Ponad 70% błędów wynika z czynników zewnętrznych, takich jak wyładowanie atmosferyczne lub błędów montażowych (patrz rysunek 2).

Łuk elektryczny przyczyną pożaru

Szczegółowa analiza przyczyn awarii dla zdarzeń pożarowych wskazała wystąpienie łuku elektrycznego, jako najważniejszą przyczynę możliwych wybuchów pożaru. Poniższa tabela zawiera listę tych przyczyn, posortowanych według składników i prawdopodobieństwa wystąpienia.

 

Komponent Możliwa przyczyna wystąpienia łuku elektrycznego
Wtyczka DC
  • wtyczka słabo zaciśnięta na miejscu instalacji
  • niedopasowanie wtyczek DC
  • wtyczki nie włożone całkowicie
  • wtyczka mechanicznie uszkodzona lub skorodowana z powodu niewłaściwej instalacji, warunków atmosferycznych, ugryzień zwierząt lub błędów w produkcji
  • wtyczka słabo zaciśnięta na etapie produkcji
Zaciski śrubowe w rozdzielnicy lub falowniku (po stronie prądu stałego)
  • styk zostało niedokładnie dokręcony, kabel niewystarczająco głęboko włożony
  • niedowymiarowane, ułożone zbyt blisko siebie przewody
  • kabel zaciśnięty na izolacji
Połączenie lutowane (w module)
  • złe podłączenie lutowia, starzenie z powodu naprężeń mechanicznych / termicznych
Dioda by-pass
  • przepięcie z powodu burzy lub przepięcia łączeniowe w systemie
  • długotrwałe działanie przeciążenia termicznego
Moduł
  • uszkodzenia ogniw (mikropęknięcia, …)
  • zerwane złącza ogniw
  • pęknięcie ogniwa / pęknięcie szkła
Bezpieczniki DC
  • 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

Analiza wykazała, że obok zewnętrznych przyczyn, większość błędów prowadzących do pożaru wynika z awarii instalacji po stronie DC systemu fotowoltaicznego. Zwłaszcza wtyczki prądu stałego, które łączą moduły PV w łańcuchy, są częstym źródłem błędów. Badania w Wielkiej Brytanii wykazały podobne wyniki .

Fakty i mity na temat bezpieczeństwa p.-poż. instalacji PV

We wspólnym badaniu branżowym przeprowadzonym w Niemczech (Fraunhofer ISE 2017) stwierdzono, że systemy fotowoltaiczne nie stanowią szczególnego zagrożenia dla strażaków, o ile strażacy przestrzegają zasad bezpieczeństwa. Systemy PV mogą być obsługiwane w taki sam sposób jak inne urządzenia pod napięciem. Zgodnie z wynikami prac badawczych przeprowadzonych przez BRE National Solar Center (BRE 2017b), wyłączniki systemów PV w obwodzie DC są nadal postrzegane jako niesprawdzona technologia. Ta technologia musi jeszcze udowodnić swoją niezawodność przez cały okres użytkowania systemu fotowoltaicznego. Instalacja takich urządzeń może zapewnić strażakom fałszywe poczucie bezpieczeństwa, co może prowadzić do wypadków, urazów lub pogorszenia, ponieważ uszkodzony układ fotowoltaiczny może nadal być zasilany energią. Ten sam wniosek można wyciągnąć także w odniesieniu do wyłączenia napięcia na poziomie modułów.

W rzeczywistości, w badaniu TÜV Rheinland i Fraunhofer ISE (Sepanski i in., 2015, str. 206) zakłada się, że instalacja przełącznika DC, tzw. “wyłącznika strażaka”, zwiększa ryzyko pożaru. Główną przyczyną pożaru w systemie PV jest wystąpienie łuku elektrycznego, a większość pożarów spowodowanych przez systemy PV można przypisać błędom instalacji (BRE 2017c; s. 10).

Zalecenia dla niemieckich strażaków i służb ratowniczych w przypadku incydentu, który może spowodować ryzyko kontaktu z elektrycznymi instalacjami pod napięciem, mają również zastosowanie do systemów fotowoltaicznych. Niemiecka norma VDE 0132:2008 „Gaszenie pożarów w instalacjach elektrycznych lub w ich pobliżu”, określa odległości bezpieczeństwa dla służb ratowniczych, które powinny pomóc im uniknąć ryzyka porażenia prądem, gdy znajdują się blisko części pod napięciem podczas gaszenia pożaru, w tym potencjalnie uszkodzonego systemu fotowoltaicznego. W przypadku instalacji fotowoltaicznej o maksymalnym napięciu do 1,5kV, VDE 0132:2008 zaleca minimalną bezpieczną odległość 1 m, jeśli gasi się pożar za pomocą rozpylonego strumienia wody i 5 m przy użyciu ciągłego strumienia wody.

Na przykład w Austrii podobne odległości bezpieczeństwa są zalecane w oficjalnych dokumentach szkoleniowych dla strażaków. ÖNORM F2190 definiuje następujące odległości bezpieczeństwa między częściami pod napięciem do 1 kV a wylotem znormalizowanej wielofunkcyjnej rury rozgałęźnej CM, która jest powszechnie stosowana:

  • strumień rozpylonej cieczy: 1 m
  • pełny strumień wody: 5 m

Aby wykazać, że odległość bezpieczeństwa jest wystarczająca do ochrony personelu ratowniczego przed porażeniem prądem elektrycznym, przeprowadzono test w Niemczech (Fire Retardants Online 2011 cytowany w BRE 2017b). W tym teście podpalono instalację fotowoltaiczną, aby wykryć wpływ pożaru na moduły fotowoltaiczne. Oprócz innych ustaleń, wyniki wykazały, że jeśli minimalne odległości bezpieczeństwa zalecane w wytycznych niemieckich strażaków są spełnione podczas gaszenia pożaru, nie powstają żadne nietypowe zagrożenia.

Konkluzja

Na podstawie tych wyników można wskazać środki, które są wystarczające do osiągnięcia celu, jakim jest zwiększenie bezpieczeństwa i zmniejszenie ryzyka pożaru. Są to m.in.:

  • Monitorowanie systemu fotowoltaicznego: właściciel systemu fotowoltaicznego, powinien monitorować swój system PV tak, aby cały czas mieć podgląd na swój produkt. System monitorowania zapewnia przegląd działania systemu i ostrzega użytkownika, jeśli występuje jakaś nieprawidłowość. Zmniejszenie mocy niezależnie od warunków pogodowych może być oznaką usterki w systemie, która może doprowadzić do pożaru.
  • Codzienny automatyczny monitoring izolacji: przed uruchomieniem falownik sprawdza stan izolacji po stronie DC. Jeśli zostanie wykryty błąd, falownik nie uruchomi się i powiadomi, że nastąpiła usterka. Monitorowanie to jest również wykonywane podczas pracy instalacji. Jeśli podczas pracy wykryta zostanie nieprawidłowość, falownik wyłączy się i wyświetli kod błędu.
  • Profesjonalny montaż i uruchomienie: w szczególności wykonanie i odbiór instalacji 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” zawiera listę punktów, które należy sprawdzić przed uruchomieniem System PV.
  • Okresowa konserwacja instalacji fotowoltaicznej: w szczególności IEC 62446-2: “Systemy fotowoltaiczne – Wymagania dotyczące testowania, dokumentacji i konserwacji – Część 2: Systemy podłączone do sieci – Konserwacja systemów PV” daje dobre wskazówki dotyczące takiej okresowej konserwacji .

Co każdy inwestor o złączach fotowoltaicznych MC4 (firmy Multi-Contact) wiedzieć powinien …

Co każdy inwestor o złączach fotowoltaicznych MC4 (firmy Multi-Contact) wiedzieć powinien …

W 2017 roku znacznie wzrosło oryginalnymi złączami i przewodami do instalacji fotowoltaicznych. Twórcą dwóch światowych standardów złączy znanych jako MC3 i MC4 (gdzie liczby 3 i 4 oznaczają średnicę kontaktu wtyk/gniazdo) jest firma STAUBLI EC (dw.Multi-Contact ) ze Szwajcarii.

Firma STAUBLI EC zajmuje znaczącą pozycję wśród producentów złączy wykorzystywanych w wielu dziedzinach techniki, dzięki specjalnym elementom sprężystym o nazwie Multi-lams – rys 1 , które zapewniają minimalną rezystancję kontaktu w planowanym czasie działania. W przypadku złączy przemysłowych (Rys 2) Multi-lams umożliwiają przesył prądu o dużych wartościach ( nawet 80 kA) z możliwością wykonania wielu cykli połączeniowych

Rys.1 Multilams – sprężyste elementy kontaktowe

Rys. 2 Multi-Lams w złączach przemysłowych

W przypadku złączy PV (rys 3a, 3b) ilość cykli ma być niewielka, ale wymaga się, aby złącza zapewniły transport energii elektrycznej wyprodukowanej przez panele PV do przetwarzających ją falowników z minimalnymi stratami w długim okresie działania (powyżej 20 lat) w trudnych warunkach zewnętrznych.

Rys.3a Złącza serii MC4

 

Rys 3b. Złącza serii MC4

Minimalne straty energii w postaci grzania to w konsekwencji – dobry stan instalacji PV w ciągu długiego czasu, brak zagrożenia pożarem, mniejsza ilość napraw, większy zysk.

Powyższe wymagania spełniają złącza fotowoltaiczne oraz niskooporowe przewody solarne firmy Multi-Contact. Multi-Contact gwarantuje rezystancję kontaktu w chwili połączenia oraz po ok. 20 latach nie przekraczającą 0,35 mΩ.

Już w fazie projektowania złączy wzięto pod uwagę ich czas działania wybierając odpowiednie materiały, z których będą wykonane. W przypadku elementów kontaktowych zdecydowano się na miedź pokrytą cyną, gdyż na połączeniu Cu-Sn powstaje różnica potencjału równa 260mV zapewniając mniejszą szybkość korozji elektrochemicznej w miarę upływu czasu. Dla porównania, kontakty miedziane pokryte srebrem są gorszym rozwiązaniem, gdyż różnica potencjału Cu-Ag wynosi 320mV.

Wobec stosunkowo krótkiej historii światowej fotowoltaiki nie można powołać się na wyniki pomiarów rezystancji kontaktu w działającej instalacji, w związku z tym, aby udowodnić jakość swoich złączy nawet po upływie 20lat, firma Multi-Contact przeprowadziła badania starzeniowe złączy poddając je narażeniom temperaturowym i środowiskowym w komorze klimatycznej.

Test przeprowadzono w 2012 roku.

Rezystancję mierzono w 3 punktach (rys 4);

1 – rezystancja połączenia wtyk/gniazdo dUK

2 – rezystancja połączenia przewodu z wtykiem dUcs

3 – rezystancja połączenia przewodu z gniazdem dUCB

(rys.4)

 

Zmierzono rezystancję zaraz po połączeniu wtyczki z gniazdem (zawsze ≤ 0,35 mΩ).

Proces starzenia zasymulowano wykonując 400 cykli grzania i chłodzenia w zakresie temperatur od -40˚C do + 85˚C (rys 5 )

Rys 5. Symulacja procesu starzenia złączy PV

Po każdych 50-ciu cyklach złącza rozłączano, mierzono rezystancję i ponownie łączono. W ostatnim etapie poddano je działaniu wysokiej temperatury (85˚C) w wilgotnej atmosferze (715 g/kg) przez 1000 godzin.

Wyniki testu przedstawia rysunek 6a i 6b.

Rys 6a i 6b. Wyniki testu symulującego zachowanie złączy MC4 po ok. 20 latach

Wyniki można zinterpretować w następujący sposób:

1 – początkowa rezystancja kontaktu po połączeniu nigdy nie przekroczyła 0,35 mΩ.

2 – spodziewana długookresowa rezystancja kontaktu nie przekroczy 0,35 mΩ (Rys 6a)

3 – rezystancja połączenia przewodu ze złączem z wykorzystaniem odpowiedniego narzędzia nie przekroczyła 60 μΩ (Rys.6b)

Multi-Contact jako jeden z bardzo niewielu producentów może również podać wyniki 12 letniego monitoringu własnej instalacji PV umieszczonej na dachu firmy (rys 7)

Rys. 7 Wyniki monitoringu rzeczywistej instalacji w firmie Multi-Contact

Porównanie wartości z rys. 6 i 7 pokazuje znaczne różnice wartości pomiarowych uzyskanych w pomiarach instalacji rzeczywistej (R≤180 μΩ ) i wartości zmierzonych w komorze klimatycznej (R≤350 μΩ ) (rys 7).

Bardzo ważnym czynnikiem, często niedocenianym, wpływającym na całkowitą rezystancję jest odpowiednie zaciśnięcie złączy na przewodzie (Rys 8a)

Rys .8a Rys 8b


Rys 8a. Przekrój prawidłowego zaciśnięcia przewodu

Rys 8b. Przekrój nieprawidłowego zaciśnięcia przewodu

W przypadku nieprawidłowego zaciśnięcia (Rys 8b) nieodpowiednimi narzędziami rezystancja instalacji (czyli straty) szybko wzrasta wraz ze wzrostem temperatury otoczenia (Rys 9). Niemieckie FORUM KABLOWE ( kabelforum.de) przedstawiło zależność parametrów elektrycznych od jakości zaciśnięcia związanej z kształtem uzyskanego przekroju (Rys 10). Zielone pole na wykresie odpowiada prawidłowemu zaciśnięciu.

Rezystancja w czasie grzania ( mΩ)

Nieprawidłowe zaciśnięcie

Rys 9 Zależność rezystancji kontaktu od temperatury i jakości połączenia z przewodem

Rys 10. Zależność parametrów elektrycznych od jakości zaciśnięcia

Firma Multi-Contact oferuje specjalnie zaprojektowaną zaciskarkę do złączy MC4 przedstawioną na zdjęciu 1a, która nie tylko zapewnia odpowiednią jakość połączenia, ale również znacznie przyspiesza wykonanie instalacji (opinia klientów). Prawidłowo wykonane połączenie za jej pomocą przedstawia zdjęcie 1b, 1c.

Zd. 1a zaciskarka do złączy MC4

Zd. 1b prawidłowe zaciśnięcie złączy MC4 (widok z boku)

Zd. 1c prawidłowe zaciśnięcie złączy MC4 (widok z góry)

Od momentu stworzenia systemu złączy MC4 przez firmę Multi-Contact na rynku pojawiło się wiele ich kopii różnych producentów z Azji i Europy. Kopie wyglądają podobnie do oryginałów (Zd. 2), ale ich parametry techniczne, niewidoczne dla oka, przeważnie są znacznie gorsze.

Zd. 2 Oryginalne złącza MC4 (pierwsze z lewej) i ich nieudane kopie

W 2004 roku niemiecki TÜV Rheiland wykonał eksperyment porównujący obciążone złącza fotowoltaiczne różnego pochodzenia, po czym zdjęcia złączy wykonane w podczerwieni zamieścił w swoim czasopiśmie (Rys 11a i 11b) .

                            MC3 ↓                                                               MC4 ↓

Rys 11a Złącza wybrane do eksperymentu

Rys 11b Obraz termowizyjny obciążonych złączy PV

Obraz termowizyjny pokazał, że niektóre złącza bardzo się przegrzewają w przeciwieństwie do złączy MC3 i MC4. Należy brać to pod uwagę dokonując wyboru elementów instalacji.

Wszystkie elementy połączeniowe produkowane przez firmę Multi-Contact odpowiadają obowiązującym normom (DIN V VDE V 01263, ochrona przed dotykiem bezpośrednim – IP2X, według normy IEC60529) zapewniając bezpieczeństwo użytkowania nawet w sytuacji rozłączenia obwodu , a należy zdać sobie sprawę, że napięcie nominalne instalacji może wynosić nawet 1500V.

Firma Multi-Contact zdobyła następujące certyfikaty dla swoich złączy : UL, TüV, GOST, szczelności IP68 1h/1m (złącza mogą leżeć 1 godzinę na głębokości 1metra) , odporności na zasolenie (ważne w obszarach morskich) oraz odporności na amoniak gazowy zawarty w powietrzu (ważne w terenach rolniczych).

Złącza można łączyć z przewodami solarnymi o przekrojach 1.5; 2.5; 4; 6; 10mm².

Przewody solarne oferowane przez firmę Multi-Contact charakteryzują bardzo dobre parametry elektryczne (mała rezystancja), mechaniczne (elastyczność w niskiej temperaturze, odporność na rozciąganie), chemiczne i środowiskowe. Przewody są pokryte substancją ograniczającą palenie. Czas działania przewodów podawany w katalogu wynosi 25 lat. Przewody posiadają certyfikat TÜV.

Warto zwrócić uwagę na złącza i przewody zastosowane w puszkach umieszczonych w modułach PV. Trzeba zdawać sobie sprawę, że w przypadku złego ich wyboru przez producenta modułów wynikającego z oszczędności, te 2 złącza pomnożone przez ilość modułów w instalacji to pewne źródło strat wyprodukowanej energii (= zysku) wzrastające w czasie użytkowania.

POSUMOWANIE:

Zastosowanie oryginalnych złączy MC4 oraz przewodów solarnych firmy Multi-Contact zapewnia:

  1. bezpieczeństwo pożarowe i elektryczne
  2. niezawodność (brak przerw serwisowych w pracy instalacji)
  3. dużą sprawność instalacji w długim okresie
  4. większy zysk całkowity inwestycji (mniejsze straty energii na rezystancji złączy i przewodów)

co znacznie przewyższa znaczenie nieco zwiększonych wstępnych kosztów inwestycji, które według szacunków firmy MC mogą wynosić – 1 USD/1kWp mocy zainstalowanej.

mgr inż. Alicja Miłosz

Semicon Sp. z o.o.

www.semicon.com.pl