1. Wyzwania w zakresie bezpieczeństwa przeciwpożarowego w kontekście rozwoju fotowoltaiki w Europie
Wraz z szybkim rozwojem systemów fotowoltaicznych w Europie, coraz więcej budynków przemysłowych, obiektów mieszkalnych, a nawet zabytkowych dzielnic wdraża zdecentralizowane instalacje PV. Ten dynamiczny postęp zwiększa udział energii odnawialnej, ale jednocześnie ujawnia szereg zagrożeń związanych z bezpieczeństwem pożarowym. W szczególności, przy złożonej integracji systemów, rosnących poziomach napięcia oraz gęsto rozmieszczonych modułach, stale rośnie ryzyko pożarów spowodowanych łukiem elektrycznym prądu stałego, hotspotami modułów czy starzeniem się przewodów.
W niektórych projektach brak uwzględnienia ochrony przeciwpożarowej na etapie projektowania, nieprawidłowe wykonawstwo oraz niewystarczająca konserwacja prowadzą do sytuacji, w których w przypadku pożaru szybka interwencja staje się niemożliwa. W krajach takich jak Włochy czy Niemcy, gdzie obowiązują rygorystyczne wymogi w zakresie ochrony przeciwpożarowej budynków, tego typu incydenty mogą nie tylko zagrażać bezpieczeństwu i pracy systemu, ale również skutkować zaostrzeniem regulacji oraz spadkiem zaufania rynku.
Dlatego też, równolegle z promowaniem zrównoważonego rozwoju fotowoltaiki, kluczowym wyzwaniem dla branży staje się redukcja ryzyka pożarowego już u źródła.
2. Analiza ryzyka pożarowego w elektrowniach fotowoltaicznych
2.1 Obszary o podwyższonym ryzyku: układy prądu stałego i starzejące się komponenty
Główne zagrożenia pożarowe w systemach fotowoltaicznych koncentrują się po stronie prądu stałego. Po szeregowym połączeniu modułów napięcie systemowe zazwyczaj mieści się w przedziale od 600 V do 1000 V. W przypadku poluzowanych przewodów, słabego styku lub degradacji konstrukcji łatwo może dojść do powstania łuku elektrycznego o temperaturze przekraczającej 3000 °C. Do typowych punktów ryzyka należą:
- Moduły: Podczas długotrwałej pracy są narażone na efekt hotspotów, szczególnie w obszarach często zacienionych. Lokalna przegrzewająca się powierzchnia może doprowadzić do spalenia tylnej warstwy modułu lub awarii puszki przyłączeniowej. Użycie niskiej jakości materiałów lub słabej laminacji przyspiesza starzenie izolacji i zwiększa ryzyko samozapłonu.
- Złącza i przewody: Złącza MC4 z wadliwym zaciskiem lub zestarzałym materiałem mogą się przegrzewać i powodować łuk elektryczny. Nieprawidłowe ułożenie przewodów, zbyt mały przekrój lub uszkodzenia mechaniczne mogą prowadzić do zwarcia lub uszkodzenia izolacji – to kolejna istotna przyczyna pożarów po stronie DC.
- Skrzynki zbiorcze i inwertery: W przypadku gęsto rozmieszczonych bezpieczników, słabej wentylacji lub braku monitoringu prądu, skrzynki zbiorcze mogą się lokalnie przegrzewać. Niektóre falowniki nie mają funkcji odcięcia łuku elektrycznego lub są źle zaprojektowane pod względem chłodzenia, co może prowadzić do szybkiego zapłonu w przypadku awarii.
Te urządzenia i elementy są rozmieszczone w całym łańcuchu operacyjnym elektrowni. Jeśli w którymkolwiek z tych punktów pojawi się wada, może ona szybko rozprzestrzenić się przez okablowanie, powodując łańcuchową reakcję pożarową.
2.2 Ostrzeżenia na podstawie przypadków
Choć częstotliwość pożarów fotowoltaiki w Europie nie jest wysoka, to skutki takich incydentów mogą być poważne. Dane niemieckiego towarzystwa ubezpieczeniowego Mannheimer pokazują, że pożary stanowią zaledwie 2 % wszystkich zgłaszanych incydentów, ale odpowiadają za aż 32 % wartości wypłat odszkodowań – co wskazuje na ich znaczny wpływ na bezpieczeństwo majątku i obiektów.
Przykładem jest centrum danych firmy Apple w Mesa w stanie Arizona, gdzie pożar modułów dachowych doprowadził do poważnych zniszczeń sprzętu. Śledztwo wykazało brak monitoringu na poziomie modułów, co uniemożliwiło szybką lokalizację i odizolowanie ognia – pożar szybko rozprzestrzenił się na sąsiednie elementy konstrukcji. Wydarzenie to przyciągnęło uwagę wielu krajów europejskich, które zaczęły przykładać większą wagę do systemów odłączania zasilania i skuteczności reakcji przeciwpożarowej, a także skłoniło Włochy, Francję i inne państwa do zaostrzenia przepisów dotyczących zatwierdzania projektów budowlanych z PV.
3. Od reakcji do prewencji: optymalizacja projektowania zabezpieczeń przeciwpożarowych w instalacjach PV
Wraz ze wzrostem mocy systemów i gęstością projektów podłączanych do sieci, elektrownie fotowoltaiczne przechodzą od tradycyjnych, reaktywnych metod ochrony do podejścia opartego na kontroli u źródła oraz systemowym, proaktywnym projektowaniu bezpieczeństwa. W Europie coraz bardziej dominują trzy następujące rozwiązania technologiczne:
3.1 Technologia odłączania na poziomie modułu: wczesna kontrola pożaru i odcięcie źródła zagrożenia
- Każdy moduł może automatycznie odłączyć się w przypadku nieprawidłowości, skutecznie ograniczając rozprzestrzenianie się ognia.
- Obsługuje zdalne sterowanie, automatyczne wyzwalanie i integrację z systemami przeciwpożarowymi – idealne do gęsto zabudowanych dachów miejskich.
- Szeroko certyfikowana zgodnie z NEC 690.12, CE, SunSpec itp., spełnia wymagania rynków głównych.
3.2 Systemy z mikroinwerterami: eliminacja zagrożeń związanych z wysokim napięciem DC
- Każdy moduł przekształca energię niezależnie w prąd przemienny, eliminując obecność linii wysokiego napięcia DC i ryzyko łuku elektrycznego.
- Umożliwia monitorowanie na poziomie modułu i izolację zacienionych lub wadliwych elementów, zapewniając stabilność pracy całego systemu.
- Prosta konstrukcja systemu, krótkie trasy kablowe, brak skrzynek zbiorczych – ułatwia instalację i konserwację.
3.3 Konstrukcja bez bezpieczników i odłączanie łukowe: uproszczenie połączeń i ograniczenie przegrzewania
- Rezygnacja z bezpieczników i centralnych połączeń zmniejsza ryzyko złych styków i termicznej ucieczki.
- W połączeniu z inwerterami wykrywającymi łuk elektryczny możliwe jest wczesne i aktywne odłączenie systemu, zapobiegając kaskadowym awariom.
- Prosta konstrukcja równoległa sprzyja stabilności i długoterminowej niezawodności systemu.
3.4 Technologia bezpieczeństwa na poziomie modułu – czy stanie się obowiązkowa?
Technologia szybkiego odłączania na poziomie modułu (Module Level Rapid Shutdown) w Europie stopniowo przekształca się z zalecanego rozwiązania w wymóg obowiązkowy – szczególnie w dwóch kluczowych typach projektów:
- Instalacje dachowe i budynki o dużej gęstości zabudowy
Ze względu na ograniczoną przestrzeń i złożoność pożarów, wiele krajów zaleca wyposażenie takich projektów w systemy szybkiego odłączania na poziomie modułu, aby w przypadku pożaru natychmiast przerwać przepływ prądu w każdym module i zatrzymać rozprzestrzenianie się ognia.
W Niemczech, choć nie jest to jeszcze wymóg ogólnokrajowy, duże firmy EPC i towarzystwa ubezpieczeniowe już traktują możliwość odłączania jako ważne kryterium oceny ryzyka. W niektórych projektach komunalnych jest to nawet warunek przetargowy. - Systemy BIPV i wielokondygnacyjne budynki
We Włoszech i Francji zastosowanie budowlanych systemów zintegrowanych z fotowoltaiką (BIPV) rośnie dynamicznie, zwłaszcza w projektach rewitalizacji miejskiej i certyfikacji ekologicznej – co skutkuje bardziej rygorystycznymi wymaganiami przeciwpożarowymi.
We Włoszech wymagane jest, aby moduły stosowane na elewacjach i fasadach spełniały klasę palności A lub poziom 1 według normy UNI 9177, a także rekomendowane jest wyposażenie instalacji w system „szybkiego odłączania + monitoringu temperatury” w ramach zatwierdzenia przez straż pożarną. - Tendencje regulacyjne na poziomie UE
Unia Europejska rozważa obecnie włączenie standardów bezpieczeństwa modułowego, takich jak SunSpec i CE, do systemu dopuszczeń budowlanych. Prawdopodobnie stanie się to obowiązkiem w ramach przyszłych przepisów, takich jak rozporządzenie CPR (Construction Products Regulation) lub dyrektywy dotyczące instalacji PV.
Prognoza trendów:
Choć większość krajów nadal znajduje się w fazie „częściowej obowiązkowości” lub „zachęt politycznych”, to biorąc pod uwagę rosnącą gęstość instalacji PV i coraz większe wyzwania związane z ochroną przeciwpożarową w miastach, oczekuje się, że w ciągu najbliższych 3–5 lat „odłączanie na poziomie modułu + certyfikacja przeciwpożarowa systemu” stanie się standardowym wymogiem w procedurach zatwierdzania projektów w większości krajów.
4. Jak zapobiegać pożarom podczas codziennej eksploatacji systemu?
Nawet jeśli system fotowoltaiczny został zaprojektowany z wysokim poziomem bezpieczeństwa, podczas jego eksploatacji mogą występować nieuniknione zjawiska, takie jak starzenie się, poluzowanie połączeń czy korozja. Brak regularnej konserwacji może łatwo prowadzić do usterek elektrycznych, a nawet do pożarów. W odpowiedzi na to, wiele krajów europejskich włączyło inspekcje przeciwpożarowe do standardów obsługi i utrzymania instalacji PV, wymagając wdrażania środków zapobiegawczych zarówno w procesach certyfikacji, jak i bieżącej konserwacji. Oto kluczowe środki zapobiegające pożarom:
4.1 Regularna kontrola stanu kluczowych komponentów
- Sprawdzanie, czy elementy podatne na nagrzewanie się – takie jak skrzynki przyłączeniowe, złącza, skrzynki zbiorcze – nie są poluzowane, zdeformowane, zakurzone lub skorodowane.
- Regularne wykrywanie hotspotów oraz nienaturalnych wzrostów temperatury w punktach połączeń kabli za pomocą termowizji w celu wczesnego ostrzegania przed lokalnym przegrzaniem.
- Terminowa wymiana starzejących się falowników, kabli i złączek w celu uniknięcia awarii izolacji i wzrostu oporu stykowego.
4.2 Usuwanie materiałów łatwopalnych i zapewnienie wentylacji
- Regularne usuwanie suchych liści, kurzu i gniazd ptaków wokół dachu i konstrukcji wsporczych, aby zminimalizować ryzyko zapłonu z zewnątrz.
- Zapewnienie odpowiedniej wentylacji dla falowników i skrzynek zbiorczych, aby uniknąć przegrzania wynikającego z niewystarczającego chłodzenia.
- W dużych naziemnych elektrowniach fotowoltaicznych tworzenie pasów przeciwpożarowych lub warstw żwiru w celu skutecznego ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia.
4.3 Tworzenie dokumentacji eksploatacyjnej i systemów wczesnego ostrzegania
- Cyfrowa dokumentacja wszystkich inspekcji i prac konserwacyjnych, tworząca zamkniętą pętlę obsługi usterek.
- Wykorzystanie platform monitorowania na poziomie modułu lub łańcucha, umożliwiających bieżące śledzenie stanu urządzeń i szybkie lokalizowanie nieprawidłowości.
- W projektach podłączonych do miejskich systemów przeciwpożarowych należy zapewnić, aby urządzenia do awaryjnego odłączania zasilania oraz systemy ostrzegania były ze sobą zintegrowane i regularnie testowane.
5. Różnice w polityce europejskiej i rosnący trend regulacji obowiązkowych
Wraz z rozwojem technologii przeciwpożarowych wiele krajów europejskich włączyło przepisy dotyczące bezpieczeństwa pożarowego instalacji fotowoltaicznych do krajowych regulacji budowlanych i norm elektrycznych. Zgodność z wymaganiami przeciwpożarowymi staje się coraz częściej kluczowym warunkiem uzyskania zatwierdzenia projektu i możliwości ubezpieczenia. Obecne różnice między krajami dotyczą głównie przepisów budowlanych, procedur zatwierdzania oraz współpracy z lokalnymi służbami pożarniczymi:
Włochy
- Włoskie przepisy budowlane (np. UNI 9177) zawierają jasne wymagania dotyczące klasy odporności ogniowej dla systemów BIPV. Moduły mogą być stosowane na elewacjach i dachach budynków tylko po uzyskaniu klasy odporności ogniowej co najmniej 1.
- Projekty o mocy powyżej 20 kWp muszą przedłożyć schematy okablowania systemu i dokumentację dotyczącą odłączania zasilania. W zatwierdzanie i odbiór zaangażowana jest lokalna straż pożarna (Vigili del Fuoco), która wymaga dostarczenia odpowiednich rysunków i opisów rozwiązań odcinających napięcie.
Niemcy
- W projektach dotyczących budynków mieszkalnych i zabytkowych dzielnic integracja z systemem przeciwpożarowym budynku jest obowiązkowa. Brak możliwości zdalnego odłączenia zasilania lub wskaźnika napięcia może skutkować odmową zatwierdzenia projektu.
- Normy elektryczne, takie jak DIN VDE 0100-712, zawierają szczegółowe wytyczne dotyczące układania kabli, poziomów ochrony oraz klas izolacji materiałów – i są rygorystycznie egzekwowane.
Francja
- We Francji, pod nadzorem CRE (Krajowej Komisji Regulacyjnej ds. Energii), trwają prace nad ujednoliceniem technicznych standardów dla systemów fotowoltaicznych.
- Projekty o mocy powyżej 100 kWp lub zlokalizowane w centrach miast, szkołach, szpitalach i innych miejscach o dużym natężeniu ruchu, muszą być wyposażone w ścieżki awaryjnego odłączania zasilania oraz systemy monitorowania modułów, a ich zatwierdzenie musi zostać przeprowadzone osobno przez lokalne władze miejskie.
6. Jak prawidłowo reagować w przypadku pożaru?
Pożar w elektrowni fotowoltaicznej bywa często bardziej skomplikowany niż w zwykłym budynku. Nawet jeśli zasilanie z sieci zostanie odłączone, moduły PV nadal produkują prąd w ciągu dnia – system może przez długi czas pozostawać pod napięciem. Szczególnie w przypadku dachowych lub zintegrowanych z budynkiem instalacji BIPV, źródła ognia mogą być rozproszone, a ścieżki odłączania niejasne, co sprzyja rozprzestrzenianiu się ognia i utrudnia akcję ratunkową. Dlatego reakcja awaryjna musi być nie tylko szybka, ale także oparta na jasnym i wykonalnym planie działania.
6.1 Natychmiastowe odłączenie zasilania
- Priorytetowo należy uruchomić awaryjne odłączanie po stronie DC lub system odłączania na poziomie modułu, aby powstrzymać dopływ prądu do obszaru objętego ogniem.
- W systemach wyposażonych w interfejs do zdalnego odłączania, personel nadzorujący powinien niezwłocznie uruchomić odłączenie po potwierdzeniu pożaru, aby zminimalizować obszar objęty napięciem.
- W projektach bez zautomatyzowanych systemów odłączania należy zamontować ręczne wyłączniki w widocznych miejscach i przeszkolić personel z ich obsługi.
6.2 Dobór odpowiedniego sprzętu gaśniczego
- Bezwzględnie zabrania się użycia wody lub piany do gaszenia modułów PV i falowników.
- Zaleca się stosowanie gaśnic proszkowych lub urządzeń gaśniczych na dwutlenek węgla (CO₂), przy jednoczesnym zachowaniu minimalnej bezpiecznej odległości od elementów pod napięciem (np. przy napięciu poniżej 10 kV co najmniej 0,4 m).
- W przypadku pożaru urządzeń wysokiego napięcia należy wyznaczyć strefę bezpieczeństwa. Osoby nieposiadające sprzętu izolacyjnego nie mogą zbliżać się do obwodów prądu stałego.
6.3 Przekazanie jasnych instrukcji służbom ratowniczym
- Jeśli pożar wymyka się spod kontroli, należy natychmiast wezwać lokalną straż pożarną i wyraźnie poinformować o ryzyku napięcia na terenie elektrowni.
- Na miejscu powinny znajdować się wywieszone schematy okablowania, lokalizacje kluczowych wyłączników oraz instrukcje odłączania zasilania – umożliwi to służbom szybkie rozeznanie w sytuacji i zapobiegnie porażeniom prądem lub wtórnym wypadkom spowodowanym błędną interwencją.
7. Zakończenie
Wraz z rosnącą popularnością systemów fotowoltaicznych w Europie, bezpieczeństwo przeciwpożarowe staje się kluczowym czynnikiem wpływającym na dopuszczenie projektu do realizacji oraz jego długoterminową rentowność. Proaktywna ochrona już na etapie projektowania, standaryzowane zarządzanie eksploatacją oraz skuteczne mechanizmy reagowania w sytuacjach awaryjnych przestały być opcją – stały się koniecznością.
Rządy krajowe oraz instytucje ubezpieczeniowe stopniowo wdrażają powiązane systemy certyfikacji technicznej i oceny ryzyka. Dla deweloperów projektów, firm EPC i użytkowników końcowych zwiększenie świadomości zagrożeń pożarowych i konsekwentne wdrażanie środków bezpieczeństwa na każdym etapie realizacji to nie tylko warunek ochrony majątku – to również fundament zrównoważonego rozwoju całej branży fotowoltaicznej.
Od 2008 roku Maysun Solar jest zarówno inwestorem, jak i producentem w branży fotowoltaicznej, oferując bezinwestycyjne rozwiązania solarne dla dachów przemysłowych i komercyjnych. Dzięki 17-letniemu doświadczeniu na rynku europejskim oraz mocy zainstalowanej wynoszącej 1,1 GW, realizujemy w pełni finansowane projekty solarne, umożliwiając firmom monetyzację dachów i obniżenie kosztów energii bez konieczności inwestycji początkowej.Nasze zaawansowane moduły IBC, HJT, TOPCon, a także stacje solarne na balkon zapewniają wysoką wydajność, trwałość i długoterminową niezawodność. Maysun Solar przejmuje na siebie cały proces, obejmujący uzyskanie pozwoleń, instalację oraz konserwację, co gwarantuje płynne i bezpieczne przejście na energię słoneczną, jednocześnie dostarczając stabilne zwroty finansowe.
Referencje:
Mannheimer Versicherung. Fire incidents in photovoltaic systems – Insurance insights. Retrieved from https://solar.huawei.com/admin/asset/v1/pro/view/31d024f4d0604188b48f323e5413ef20.pdf
National Electrical Code (NEC) 690.12 – Rapid Shutdown Requirements. Retrieved from https://codes.iccsafe.org/s/ISEP2018/national-electrical-code-nec-solar-provisions/ISEP2018-NEC-Sec690.12
Hanersun. All Module Series Obtains Class 1 Fire Safety Certification for the Italian Market (UNI 9177). Retrieved from https://www.hanersun.com/hanersuns-all-module-series-obtains-class-1-fire-safety-certification-for-the-italian-market/?utm_source=chatgpt.com
Datacenter Dynamics. Fire rages through Apple’s data center HQ in Mesa, Arizona. Retrieved from https://www.datacenterdynamics.com/en/news/fire-rages-through-apples-data-center-hq-in-mesa-arizona/
Może Ci się spodobać: