Referent: Univ.-Lektor LFR Dr. Otto Widetschek owid

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1 Brandschutzforum Austria Photovoltaikanlagen Eine neue Heraus- forderung für die Feuerwehr? Referent: Univ.-Lektor LFR Dr. Otto Widetschek Der Referent Dr. Otto Widetschek (Owid), Physiker Strahlen-, Brand- und Katastrophenschützer Branddirektor der Stadt Graz a. D., OSR, ELFR, Feuerwehrmann, BFA Kontakt unter brandschutzforum.at Tel. 0664/

2 Historische Entwicklung (1) 1839 entdeckte der Franzose Alexandre Edmond Becquerel den photovoltaischen Effekt, konnte ihn allerdings noch nicht erklären wies der deutsche Physiker Philipp Lenard nach, dass Lichtstrahlen beim Auftreffen auf bestimmte Metalle Elektronen aus deren Oberfläche herauslösen, (ersten Erklärungen für den Photoeffekt) postulierte Albert Einstein die Quantentheorie (Dualität zwischen Teilchen und Welle). Für seine Arbeit zur Photovoltaik (lichtelektrischer Effekt) erhielt er 1921 den Nobelpreis für Physik. Historische Entwicklung (2) 1954 entwickelte ein Forscherteam in den Bell Telephone Laboratories eine Zelle auf der Basis des nahezu unerschöpflichen Elements Siliziums. Diese Entdeckung war der Beginn der nutzbaren Photovoltaik. Als erste technische Anwendung wurde Ende der 1950er Jahre der erste Satellit Vanguard 1 mit Solarzellen gebaut und startete am 17. März 1958 in die Erdumlaufbahn (Wirkungsgrad bis zu 6%). 2

3 Österreich: Marktentwicklung PV Quelle: FH Technikum Wien 2010 Photovoltaik (PV) Anwendung 3

4 Wie es funktioniert! Einfach gesagt: Wenn Licht auf die Zelle fällt wird durch Ladungsverschiebung Spannung erzeugt. Vorteil: Energie für Null! Lebensdauer: Nahezu unendlich! Lichtelektrischer Effekt Albert Einstein Halbleiter 4

5 Spiegel-Artikel Nr. 28/2010 Der Auslöser: Im ostfriesischen Schwerindorf weigerten sich Feuerwehren im Februar 2010 den Brand eines Dachstuhls mit Solaranlage zu löschen! Film Geld & Leben Film des Bayrischen Rundfunks vom Thema: Zeitbombe Photovoltaik 5

6 Technische Lösungen! Presseaussendung des Deutschen Feuerwehrverbandes vom 8. November 2010: Der Schutz und die Sicherheit von Einsatzkräften haben oberste Priorität. Der Deutsche Feuerwehrverband (DFV) fordert die Photovoltaikindustrie deshalb auf, umgehend eine technische Lösung für den gefahrlosen Einsatz im Bereich von Photovoltaik-Anlagen zu etablieren. Wichtige Brandursachen Dachbrand Kabelschaden (Pfusch am Bau) Marderbiss Blitzschlag (Überspannung) Lichtbogen (Selbstentzündung) 6

7 Gefahr am Bauernhof Im Jahre 2011 gab es in Deutschland 81 Brände an Photovoltaik-Anlagen, mehr als 50 % im lädlih ländlichen Raum Quelle: und Photovoltaik- und Solaranlage Photovoltaik- anlage (PV): Erzeugung elektrischer Energie Solaranlage (SA): Gewinnung von Warmwasser 7

8 Aufbau Solarthermie Solarpanels Heizung Solarpumpe Warmwasserboiler Gefahr durch Solarthermie Leitungen von den Solarpanels teilweise >150 C 8

9 Aufbau Photovoltaik (PV) PV-Module Hausinstallation Wechselrichter mit Freischalter Sicherungen Hausanschluss mit Zählern Modultypen Dünnschichtmodul Multikristallines Modul Laminatmodul 9

10 Wechselrichter (Typen) Spannungen Photovoltaik Eine Solarzelle erzeugt 0,5 V Ein Solarmodul erzeugt bis zu ca. 40 V 40 Volt Eine Anlage besteht aus mehreren Strings jeder String aus einer Reihenschaltung von bis zu 25 Modulen Somit werden in einem String zwischen 600 und Volt erzeugt ACHTUNG! Es sollte also immer von der maximalen Spannung (1.000 Volt), selbst in der kleinsten Anlage, ausgegangen werden! Volt 10

11 PV-Anlage (Strom) Gleichstom PV-Module (bei Hausanlagen bis 5 kw) Wechsel- richter Zähler- kasten Hausanschluss Wechselstom = PV-Anlage (Trennschalter) Gleichstom Wechselstrom- Trennschalter Wechselstom = Hausanschluss Gleichstrom- Trennschalter Wechsel- richter Zähler- kasten 11

12 PV-Anlage (Brand) Achtung! bis V Gleichspannung ( stehend ) Wechselstrom- Trennschalter (geöffnet) Wechsel- richter Zähler- kasten = Gleichstrom- Trennschalter (geöffnet) Gleich- und Wechselspannung bis zu V Gleichspannung und 8 A Gleichstrom Grenze zwischen Gleich- und Wechselspannung 230/400 V Wechselspannung und mehrere A Wechselstrom 12

13 Lage der PV-Module Auf dem Dach Im Gelände An einer Fassade Lit Leitung Der Stromkreis I = Strom (in Ampere) U = Spannung (in Volt) Ver- braucher Spannungsquelle Ohm sches Gesetz: U = R x I R = Wider- stand (in Ohm) 13

14 Der Elektrounfall Stromstärke (I) Es gilt: I = U/R K Spannung (U) I I = I 1 + I 2 I 1 I 2 Körperwiderstand (R K ) Spannungsbereiche Kleinspannung: Bis 65 V bei Wechselstrom (AC) und 120 V bei Gleichstrom (DC); nicht lebensbedrohlich. Niederspannung: 65 bis V bei AC und 150 bis bei DC; haushaltübliche Spannungen mit 230 V und 400 V sind potentiell lebensgefährlich, insbesondere durch Reizung der Herzmuskulatur. Hochspannung: V bis V; vor allem schwere Verbrennungen bei Unfällen. Höchstspannung: über V (100 KV); Lichbogenunfälle stehen im Vordergrund, Blitze. 14

15 Wichtige Unfallarten Hochspannungs- unfälle Niederspannungsunfälle Foto: Stefan Reizner z. B. Herzkammerflimmern und Herzstillstand z. B. Strommarken (Verbrennungen) Stromunfall (Auswirkungen) Stromunfall (Elektrounfall, elektrischer Schlag) = Verletzung durch die Einwirkung von elektrischem Strom auf Mensch und Tier. Wichtige Einflussfaktoren: Stromstärke Art des Stroms (Wechsel- oder Gleichstrom) Strom-Weg über den Körper (Herz!) Körperwiderstand Wirkungsdauer des Stroms 15

16 FI-Schutzschalter Fehlerstromschutzschalter (FI) Auslösung bei 30 ma innerhalb von 100 ms (nur bei Wechselstrom!). Zwei Stromarten Wechselstrom (engl.: AC = Alternating Current): Die Elektronen bewegen sich innerhalb eines Stromkreises hin und her. Gleichstrom (engl.: DC = Direct Current): Die Elektronen fließen nur in eine Richtung (Photovoltaik, Defibrillator, Herzschrittmacher, Blitz). 230 V bis 1.000V 16

17 Körperwiderstand in Ohm ( ) Nervengewebe (Gefahr!) Blutgefässe Muskel Haut Sehnen Fett Knochen Stromweg Gefährlichkeit Kopf-Fuß Hand-Hand Fuß-Fuß 17

18 Körperwiderstand (Mensch) Sc cheinwiderstand d in Kilo-Ohm (k ) ,3 k 0 Körperwiderstand bei 230 Volt ca. 1,3 k (1.300 Ohm) Trockene Haut Feuchte Haut Wechselspannung in Volt (V) Feuerwehreinsatz Ab einer bestimmten Stromstärke kommt es zu Muskelkontraktionen im menschlichen Körper (Krampfschwelle): Wechselstrom: 10 ma Gleichstrom: 300 ma 18

19 Wirkung des Wechselstroms 1 ma Wahrnehmbarkeitsschwelle 10 ma Krampfschwelle 50 ma Gefahrenschwelle 100 ma Todesschwelle Kleinspannung (keine Gefahr!) 50 ma x = 65 Volt Einsatztaktik (GAMS-Regel) G efahr erkennen A bsperren - Absichern M enschenrettung S pezialkräfte 19

20 Kennzeichnung Kennzeichnungen am Hausanschlusskasten und der Gebäudehauptverteilung Übersichtsplan für die Einsatzkräfte BEISPIELE: Richtiger Abstand Wasser-Sprühstrahl: 1 Meter Wasser-Vollstrahl: 5 Meter Kein Kontakt mit elektrischen Leitungen 20

21 Schwierige Brandbekämpfung Versteckter Brand unter den Paneelen Sicherheitsabstand einhalten! Kann die gefährliche Gleichspannung hier wirksam werden? 21

22 1. Nach dem Wechselrichter PV-Module Hausinstallation Wechselrichter mit Freischalter GEFAHREN: 230/400 V Wechsel- Spannung, blanke Drähte? Sicherungen Hausanschluss mit Zählern Hauptsicherungen Hauptsicherungen aus- schalten und gegen Wiedereinschalten sichern. 22

23 Gegenmaßnahmen Hauptsicherungen in der Zählerverteilung ausschalten und gegen Wiedereinschalten sichern. Umluftunabhängigen Atemschutz benutzen. Wasser als Löschmittel einsetzen! 5 m Sicherheitsabstand halten. Nach dem Abschalten der Sicherung sollte der Wechselrichter keine Wechselspannung mehr liefern. 2. Vor dem Wechselrichter PV-Module Sicherungen Hausinstallation Wechselrichter mit Freischalter GEFAHREN: bis zu V Gleich- Spannung, blanke Drähte? Lichtbögen? Spannung ist kurz- schlussfest! Hausanschluss mit Zählern 23

24 Gegenmaßnahmen Umluftunabhängigen Atemschutz benutzen. Wasser als Löschmittel verwenden. 5 m Sicherheitsabstand halten. Bei einem Lichtbogen, den Bereich um den Lichtbogen, mit Sprühstrahl immer wieder ablöschen. Solarleitungen einzeln in unterschiedlicher Länge durchtrennen und isolieren (Elektriker). 3. Gefahren durch das Modul PV-Module GEFAHREN: 10 kg/m² zusätzliche Dachlast Haus- installation Wechselrichter mit Freischalter Sicherungen Hausanschluss mit Zählern 24

25 Gefahren durch das Modul (1) Durch Freibrennen können die Module abstürzen und mit erheblicher Geschwindigkeit meterweit fliegen. Das Glas der Module kann springen und es kann ein Glasregen nach unten kommen. Das Glas ist meist Verbundglas (Autofrontscheibe). Gefahren durch das Modul (2) Das Gestänge und die Halter bestehen meist aus Dural (Aluminium/Kupfer/Magnesium) das einen Schmelzpunkt unter 1000⁰C hat. Der Zusammenbruch des Dachstuhls erfolgt schneller, da eine zusätzliche Dachlast von ca. 10kg/m² durch die Module erzeugt wird. 25

26 Gegenmaßnahmen Möglichst großen Abstand halten und auf die Module achten. Erhöhte Dachlast beachten! Module nicht betreten und nicht daran abstützen. Bereich unter den Modulen gegen Betreten absichern. Keine Option Das Abdecken der Module mittels einer lichtundurchlässigen Folie ist durch die Abmessungen meist nicht möglich. Das Einschäumen der Module mittels Schaum bringt keinen Effekt, da der Schaum durch die glatte Oberfläche der Module in kurzer Zeit abfließt. 26

27 Wichtige Aufgaben Es ist ratsam eine fachkundige Elektrofachkraft zur Beratung hinzu zu ziehen. Das Wiedereinschalten erfolgt nicht durch die Feuerwehr sondern durch den Errichter. Wer einschaltet haftet auch dafür! Bereich unter den Modulen auch nach dem Einsatzende gegen Betreten absichern, da sich die Module nach dem Abkühlen immer noch lösen können. Film Politik & Wirtschaft Film des Bayrischen Rundfunks vom Thema: Brandschutzgel 27

28 Konsequenzen DC-Trennschalter PV-Module 230 V Not-AUS Hausnetz Wechselrichter Taste (auch von außen bedienbar) Erdung 28

29 Blitzschutz und PV Die PV-Module müssen mind. 0,5 m von den Blitz ableitenden Elementen entfernt sein! Quelle: Agenios GmbH, photovoltaik.org Kunststoffe (PVC-Kabel) Photovoltaik mit Stützfeuer Brandausbreitung nach oben copyright Dr. Otto Widetschek Funktionserhalt über 90 min Brandbelastung 29

30 Versicherungen werden aktiv! Vorgehen im Einsatzfall 30

31 Erkenntnisse (Forderungen) Verpflichtende, dauerhafte und deutlich erkennbare Kennzeichnung von PV-Anlagen. Zuverlässige Freischaltung im Gleichspannungsbereich (DC) einer PV-Anlage im Brand- und Havariefall. Verlegung von feuerbeständigen DC-Leitungen im Gebäude. Bestehende Brandschutzmaßnahmen dürfen durch PV- Anlagen in ihrer Schutzfunktion nicht beeinträchtigt werden (modul modul- und brandlastfreie Streifen). Niederschlags- und Hochwasser (leiten Strom) sind zu beachten! Thema: Gefährliche Güter Richtiges Verhalten bei Schadstoff- Unfällen 31

32 Kleiner Gefahrgut-Helfer Europaweit gültig (ADR) Völlige Überarbeitung Stand 2011 Taktik aufgrund einfachster Erkundungen 8010 Graz, Hofgasse 4, Tel.: 0316/

33 Alles über gefährliche Güter! Eine Pflichtlektüre für jede Feuerwehr- führungskraft! Danke! by Dr. Otto Widetschek, Graz 33