Brandrisiko in PV-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten

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1 Brandrisiko in PV-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten Dipl.-Ing. Annett Sepanski, Dipl.-Ing. Florian Reil, Dipl.-Ing. W. Vaaßen TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Matze - Fotolia.com 1

2 Brandrisiko in PV-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten Inhalt 1. Motivation und Ziele des FuE-Projektes 2. Projektteam 3. Anforderungsfälle 4. Prüfnormen zur Lichtbogenprävention 5. Abgeleitete Aufgaben 6. Themenschwerpunkte 7. Forschungsaktivitäten 8. Zusammenfassung VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

3 1. Motivation und Ziele Bekannt gewordene Schadensfälle an PV-Anlagen haben eine Qualitätsdiskussion entfacht und ein real existierendes Gefahrenpotential bei PV-Anlagen hinsichtlich Lichtbogen- und Brandrisiken bewusst gemacht. Die PV-Industrie hat die Aufgabe, die Sicherheit von PV-Anlagen während deren Betriebszeit zu gewährleisten. Sie dürfen im Schadensfall kein zusätzliches Risikopotential für Einsatzkräfte bedeuten. Projektziel Das Forschungsprojekt soll die Akteure der PV-Branche dabei unterstützen, die Sicherheit von PV-Systemen in Bezug auf das Lichtbogenrisiko und allgemeine Brandgefahren zu optimieren. Projekttitel "Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung" VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

4 2. Projektteam Laufzeit 02/ /2014 Verbundpartner TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Unmittelbare Projektpartner Energiebau Solarstromsysteme GmbH Branddirektion München DGS-Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.v. TÜV Rheinland LGA Products GmbH Currenta GmbH & Co. OHG Berner Fachhochschule, BFH-TI VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

5 3. Anforderungsfälle Untersuchung der Sicherheit von PV-Anlagen hinsichtlich Risiken Lichtbogenrisiko Risiken zur Entstehung eines Brandes durch die PV-Anlage selbst Gefahren bei Brandausbruch Beeinflussung eines Gebäudes und der PV-Anlage durch ein externes Feuer Brandlöschrisiko Gefährdungsminimierung für Einsatzkräfte innerhalb von Gebäuden 5

6 4. Prüfnormen 1/2 Lichtbogenprävention Sicherheitsnorm IEC /2 PV-Module (mit Anschlussdose) EN 50548:2011 Anschlussdosen für Photovoltaische Systeme EN 50521:2008 V Verbinder für PV-Systeme: Sicherheitsanforderungen und Tests 2 Pfg 1169/ : TÜV Rheinland interne Spezifikation: Leitungen / Kabel für die Anwendung in PV-Systemen VDE Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 7-712: Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art Solar- Photovoltaik-(PV)-Systeme DIN EN Beiblatt 3 Blitz- und Überspannungsschutz für PV- Stromversorgungssysteme VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

7 4. Prüfnormen 2/2 Modulspezifische Brandprüfungen IEC und ANSI/UL 1703 mit UL 790 (Bedachung) Spread of Flame (Beflammung der Oberseite der Module mit einer Gasflamme) Burning Brand (brennende Holzkrippen auf der Oberseite) Die Prüfmethode stammt aus dem UL790 Standard: Brandbelastungsprüfung für Dächer. Es können dabei mit verschiedenen Anforderungen 3 Klassen geprüft werden VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

8 5. Abgeleitete Aufgaben 1. Entwicklung eines Konzeptes zur weiteren Erhöhung der Brandsicherheit Ableitung eines Maßnahmenkataloges 2. Anpassung, d.h. Erweiterung / Verschärfung von Prüfmethoden im Hinblick auf einen optimierten Brandschutz Eingabe und Mitwirkung in Normungsgremien 3. Risikominimierung zum Schutz vor elektrischem Schlag im Schadensfall unter Einbeziehung der verfügbaren technischen, baulichen und organisatorischen Möglichkeiten VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

9 6. Themenschwerpunkte 2 Arbeitspakete Risikoanalyse zu potentiellen Schwachstellen in PV-Anlagen (Komponenten) Laborversuchsprogramm zur Erzeugung von Lichtbögen an primär kritischen Stellen Definition von Qualitätssicherungsmaßnahmen zur Verhinderung von Lichtbögen in PV-Modulen und anderen Komponenten Konzeptentwicklung (Maßnahmenkatalog Kochbuch ) zur Erkennung und Verhinderung von Lichtbögen, sowie zur Herstellung eines sicheren Anlagenzustandes Gefahrenanalyse und Ableitung von Maßnahmen zur Gefährdungsminimierung von Feuerwehreinsatzkräften Erfahrungsaustausch, Verbreitung der Ergebnisse 9

10 7. Forschungsaktivitäten 1 Risikobetrachtung an Kontaktstellen im gesamten System Künstliche, beschleunigte Alterung von PV-Modulen und Komponenten zwecks bewusster Zündung von Lichtbögen Ziel: Früherkennung von Lichtbogenrisiken Entwicklung von Anforderungen an Alterungstests, Eingabe der Ergebnisse in Normungsgremien Entwicklung von produktionsbegleitenden Prüfmethoden Mögliche Definition von Qualitätsstandards für Verbindungsstellen VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

11 7. Forschungsaktivitäten 2 Risikobetrachtung an Komponenten und Materialien Durchführung von Entflammbarkeitsprüfungen an Komponenten im Hinblick auf brennende Lichtbögen und externe Hitzequellen im Brandfall Abschätzung der Einflüsse verbauter Materialien auf die Zündung und Lebensdauer von Lichtbögen Untersuchung der Beeinflussung des Brandverlaufs bei externen Bränden (Entzündlichkeit) Definition von Anforderungen an PV-Materialien und ggf. Empfehlung für generelle Designvorgaben Brandtechnologische Betrachtungen von PV-Modulen als integrierte Bauprodukte VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

12 7. Forschungsaktivitäten 3 Baustoffklassifizierung Prüfung auf Einstufung in Baustoffklasse B2 (Normalentflammbarkeit) Durchführung der Prüfung nach DIN Anwendung an einem kompletten Modul (Flächenbeflammung) auf der Front- (Glas) und Rückseite (Tedlarfolie) Anwendung an einem Modulausschnitt eines flexiblen Moduls (Flächenbeflammung) auf der Front- und Rückseite (beidseitig Polymere) 12

13 7. Forschungsaktivitäten 4 Recherchen zu Schadensfällen / Umfrageaktion (1/2) Recherchen zu bekannten Schadensfällen Fragebogenaktion seit Mitte des Jahres mit paralleler Online-Umfrage Projekthomepage Untersuchung von Schadensfällen infolge von Hot-Spots, Lichtbögen, Blitzschäden, externen Bränden u.s.w. Brandrisiko in PV-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten Untersuchung von Feuerwehreinsätzen mit Beteiligung einer PV-Anlage hinsichtlich Schwierigkeiten und Gefahren für Einsatzkräfte Identifizierung von Schwachstellen an PV-Anlagen im Hinblick auf reale Überhitzungs- und Brandereignisse und Ermittlung von Risiken bei verbauten Materialien und Kontaktstellen 13

14 7. Forschungsaktivitäten 4 Recherchen zu Schadensfällen / Umfrageaktion (2/2) Erste Ergebnisse: Recherche: Es gibt nur vereinzelt öffentlich zugängliche Beschreibungen zu Brandereignissen, bei denen die Ursache in der PV-Anlage selbst lag bzw. hier vermutet wurde. Umfrage: Auslöser für Brandereignisse und Überhitzungsschäden vorwiegend Lichtbögen an Leitungen, Steckverbindern, Modulen bzw. Modul-Anschlussdosen Ursachen: Qualitätsmängel der Komponenten, Installation Es wurde aktuell kein Nachweis für einen im Einsatz an einer PV-Anlage durch DC- Stromschlage verletzten Feuerwehrmann gefunden Brandschäden betreffen gleichermaßen ältere als auch neue Anlagen 14

15 7. Forschungsaktivitäten 5 Definition von Anforderungen an Lichtbogendetektoren Anforderungen an Lichtbogendetektoren: Funktionalität, Zuverlässigkeit (Fehlalarm) Ansprech- und Abschaltzeiten Sensibilität Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen (Feuchte, Temperatur, UV, ) Lebensdauer Elektrische und elektromagnetische Anfälligkeit (z.b. Rückstrombelastbarkeit) Validierung durch entsprechende Prüfungen in den Prüfinstituten Eingaben an Normarbeitskreise Konzepterstellung für technische Geräte (Art der Detektion, Art der Abschaltung, Signalweitergabe ) 15

16 7. Forschungsaktivitäten 6 Feuerwehrversuche 1/3 Versuche zum praktischen Nachweis von Anforderungen aus der VDE 0132 Versuch 1: Abstandsforderungen unter differenzierten Bedingungen Versuch 2: Schutzwirkung der Einsatzkleidung Versuch 3. Elektrische Gefahren in überfluteten Kellerräumen 16

17 7. Forschungsaktivitäten 6 Feuerwehrversuche 2/3 Elektrode W a ss Monitor e rs tra hl Rm A U G 1000V v Messkontakte Strahlrohr VDI-Expertenforum "Photovoltaik und Brandschutz - Ein schwelender Konflikt?"

18 7. Forschungsaktivitäten Feuerwehrversuche 3/3 Ergebnis dieser Versuchsreihen: Bei Einhaltung der vorgegebenen Abstände nach VDE 0132 treten keine kritischen Ströme auf. Bei Schaumbeimischung werden erwartungsgemäß höhere Stromwerte festgestellt. Insgesamt wurden Ströme zwischen 15 und 25 ma gemessen. Nasse Einsatzkleidung bietet praktisch keine Schutzfunktion (Hand Hand) Lebensgefahr droht in überfluteten Räumen durch defekte DC-Leitungen bereits weit unter 1000 V Empfehlung: Für nicht genormte Strahlrohre sollten immer Einzelnachweise zur Sicherheit in Bezug auf Ableitströme aufgrund unterschiedlicher Wasserwurfeigenschaften geführt werden 18

19 8. Zusammenfassung Projektziel Maßnahmenkatalog für die Industrie und Vorschläge zur Anpassung von Prüfnormen (vorbeugende, qualitätssichernde und überwachende Aspekte) Ergebnisse PV-Anlagen sind nach bisheriger Umfrage altersunabhängig vereinzelt von Brandschäden betroffen, Schwerpunkte: Verkabelung, Modulanschlussdosen, Module. Hohe Anforderungen an elektronische Geräte zur Lichtbogendetektion erfordern die Definition von Prüfprozeduren. Bei Einhaltung der normativen Sicherheitsabstände beim Löschen elektrischer Anlagen treten keine lebensbedrohlichen Ströme auf. Für nicht genormte Strahlrohre sollten Einzelnachweise in Bezug auf Ableitströme geführt werden. Lebensgefahr droht bei überfluteten Kellerräumen durch beschädigte DC-Leitungen. 19

20 Terminvorschau 1 x jährlich geplant: Workshop zu aktuellen Themen und Projektergebnissen 26. Januar 2012 bei TÜV Rheinland in Köln Programm und Anmeldung (ab Dezember) Bettina van Heeckeren, Bettina.van.Heeckeren@de.tuv.com 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Regenerative Energien Am Grauen Stein, Köln, Tel.: , Fax Projekthomepage: 21