Brandschutz und Qualitätssicherung bei der Installation von PV-Modulen Fachregeln zur Brandschutzgerechten Planung-, Errichtung und Instandhaltung von PV-Anlagen 8. Solartagung Rheinland-Pfalz Dipl. Ing. Udo Siegfriedt, Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie LV Berlin Brandenburg e.v. www.dgs-berlin.de us@dgs-berlin.de
Agenda Vorstellung DGS / Dozent Brand und PV in den Medien Fachregeln Normen Brandvermeidung durch Qualitätssicherung Zusammenfassung
Vorstellung Zur Person: Udo Siegfriedt Dipl.-Ing. für Elektrotechnik t iktu-berlin von1990 bis 1995 studentischer Mitarbeiter beim PV Pionier Wuseltronik Berlin im Bereich Wechselrichter seit 1995 regelmäßige Betreuung von Laboren im Rahmen der DGS-Solarschule von 1997 bis 2009 Mitarbeiter bei SOLON im Bereich Wechselrichter, Wartung/Betriebsführung, g, Forschung/Entwicklung g seit Aug. 2009 Mitarbeiter der DGS im Bereich Fachgutachten, Anlagenabnahmen, Qualitätsüberprüfungen DGS: Deutschlands ältester Verein im Bereich regenerativen ökologischen Energieversorgung, 1975 gegründet Firmenunabhängiger Fachverband ca. 3.000 Mitglieder und 400 Firmenmitglieder Nationale Vertretung der International Solarenergy Society (ISES) Mitglied im Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE) Fachzeitschrift SONNENENERGIE www.sonnenenergie.de DGS Leitfaden Photovoltaische Anlagen
SolarSchule Berlin Kurse für Ingenieure, Architekten und Handwerker seit 1996 mehr als 5.000 Kursteilnehmer DGS Fachkraft Photovoltaik / Solarthermie Solar(fach)berater Photovoltaik / Solarthermie Tagesseminare: z.b. Simulation, Inselsysteme, Marketing Mitarbeiterschulungen: maßgeschneidertes Coaching
Unsere weiteren Aktivitäten Projektentwicklung, Konzeptionierung und Vorplanung von PV- und Solarthermieanlagen l seit 1996 Ertragsgutachten, Blendgutachten Abnahmen, Fachgutachten Anlagenzertifikat: DGS-Solarsiegel / TÜVdotCom Qualitätsinitiative: RAL Gütezeichen Projekt: Erneuerbare Energien sichtbar machen Solar Support für Schulen und Bildungseinrichtungen
Disclaimer Die Präsentation zeigt ausgewählte Aspekte der im Rahmen des Projektes PV Brandvorbeugung und bekämpfung erarbeiteten Fachregeln für eine Brandschutzgerechte Planung, Installation und Instandhaltung von PV- Anlagen. Für den Einzelfall kann keine Haftung für die inhaltliche Richtigkeit und Eignung der Hinweise gegeben werden. Für ein konkretes Vorhaben muss eine selbständige sorgfältige Prüfung der zu beachtenden Umstände und Regelungen erfolgen. Die in den Fachregeln vorgestellten Hinweise und Empfehlungen basieren auf den in Deutschland gegebenen Installationssituationen und rechtlichen Rahmenbedingungen. Sie wurden mit der Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Feuerwehren in Deutschland (AGBF Bund) abgestimmt. Die Fachregeln wurden mit gemeinsam vom Bundesverband Solarwirtschaft e.v. (BSW-Solar), der Bundesvereinigung Fachplaner und Sachverständige für den vorbeugenden Brandschutz e.v. (BFSB), der Berufsfeuerwehr München (BF München), der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e.v. (DGS) und dem Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) erstellt.
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Erster medienwirksamer Brandfall PV-Anlage mit Holzunterkonstruktion und Bitumendach in Bürstadt am 21.06.2009 2009 [Bilder: BP Solar Bürstadt [ Brandursachenbericht 08/2009]
Pressestimmen zu Brandgefährdung [Heribert Schmidt, Fh ISE]
Darstellung in der Presse Quelle: General Anzeiger
Stellungnahme des Einsatzleiters [Heribert Schmidt, Fh ISE]
Fallbeispiele Pressemeldungen Quelle: Spiegel Online
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Schadenursachen und -kosten Anzahl der Schäden: Schadenaufwand: Schneedruck 14% Sonstige Schäden 11% Schneedruck 12% Sonstige Schäden 42% Überspannung 26% Feuer 26% Überspannung 14% Feuer 2% Böswilligkeit 3% Hagel 2% Diebstahl 2% Sturm 9% Böswilligkeit 1% Hagel 3% Diebstahl 8% Sturm 25%
Technischer Leitfaden der Versicherer (VdS 3145) Unterstützung für Planer, Errichter und Betreiber Zusammenarbeit mit dem Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v. (VDE) Inhalt: Auswahl und Montage von PV-Modulen und deren Montagesystemen (mechanisch) Baulicher Brandschutz Auswahl und Errichtung elektrischer Komponenten Blitz- und Überspannungsschutz Freischaltung oder gleichwertige Maßnahmen zur Erleichterung von Löscheinsätzen Diebstahlschutz Inbetriebnahme Betrieb
Broschüre zu den Fachregeln Erste Vorstellung der Broschüre im Rahmen des 26. OTTI PV-Symposiums im März 2011. Entstanden durch die Arbeit interdisziplinären Arbeitsgruppen unter Beteiligung der Feuerwehr, Brandschutzexperten, Planer, Installateuren und der PV-Branche organisiert durch den BSW. Gemeinsam von BSW, DGS, Zentralverband des Deutschen Elektrohandwerks k (ZVEH), Berufsfeuerwehr München und Bundesvereinigung der Fachplaner und Sachverständigen im vorbeugenden Brandschutz e.v. (BFSB) herausgegeben. Ab ti t it d A b it i h ft d Abgestimmt mit der Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren in Deutschland (AGBF Bund). Download unter: http://www.dgs-berlin.de/fileadmin/pdf/fachregeln_brandschutzpv.pdf
Inhalt Sicherheit von Einsatzkräften im Brandfall Schutz vor elektrischen Schlag Kennzeichnungspflicht Zugangsoptionen g für den Löschangriff Realisierung baurechtliche Vorschriften Grundsätzliche Installations- und Instandhaltungshinweise
Aufgaben des Brandschutzes Zur technischen Differenzierung und ganzheitlichen Betrachtung der Brandschutzsituation an PV-Anlagen ist eine Unterscheidung der Anforderungsfälle notwendig: Lichtbogenrisiko Risiko zur Entstehung eines Brandes durch die PV-Anlage. Feuer von Außen Beeinflussung eines Gebäudes und der PV-Anlage durch ein externes und nicht-intrinsisches Feuer. Brandlöschrisiko Gefährdungsminimierung i i und Schutz für Einsatzkräfte im Einsatzfall
Brandrisiko und elektrische Anlagen
Brandlöschrisiko: Primäres Schutzziel Generell dürfen durch die Installation von PV-Anlagen keine gefährlichen berührbaren DC-Spannungen im Brandfall im Gebäude auftreten, so dass die Personenrettung und Brandbekämpfung im Gebäudeinneren sicher durchgeführt werden kann.
Sonnenergie - Nutzungsformen Solarthermie: Wärme von der Sonne PV-Anlage: Strom von der Sonne netzgekoppelte PV-Anlagen (Einspeisung des erzeugten Stromes in die Netze der Stromversorger) netzferne PV-Anlagen (Inselbetrieb). Sie arbeiten mit Akkumulatoren. (Häufigkeit: < 1%)
Maßnahmen zur Umsetzung des Schutzziels Organisatorische Maßnahmen Kennzeichnung der PV-Anlage am Hausanschlusskasten und Gebäudehauptverteilung durch ein Hinweisschild Übersichtspläne für Einsatzkräfte Ergänzung bestehender Feuerwehrpläne und bauliche Maßnahmen Feuerwiderstandsfähige Verlegung der DC-Leitungen oder Verlegung von DC-Leitungen außerhalb des Gebäudes oder Wechselrichter im Außenbereich oder am Gebäudeeintritt oder technische Maßnahmen DC-Freischalter der Hauptleitung bzw. der Modulstränge mit Fernauslösung (DC-Modulfreischalteinrichtung ) Schutzkleinspannungsinstallation
Praktische Umsetzung baulicher Maßnahmen: Leitungsverlegung [Bild aus Broschüre Brandschutzgerechte Planung, Errichtung und Installation von PV-Anlagen, Hrsg. : BSW, DGS u.a., 2011] Unterputzverlegung nach VDE 0100-520 oder Ummantelung mit Brandschutzverkleidungen oder Verlegung in Brandschutzkanälen und - schächten nach EN 1366 oder DIN 4102 Feuerwiderstand gemäß Landesbauordnung, mindestens feuerhemmend geschützt und als PV-Leitungsanlage mit Feuerwiderstand gekennzeichnet. Brandabschnitte beachten Brandschottung der Leitungen entsprechend Musterleitungsanlagenrichtlinie (MLAR)
Brandbekämpfung [aus Broschüre Brandschutzgerechte Planung, Errichtung und Installation von PV-Anlagen, Hrsg.: BSW, DGS u.a., 2011]
Brandbekämpfung [aus Broschüre Brandschutzgerechte Planung, Errichtung und Installation von PV-Anlagen, Hrsg.: BSW, DGS u.a., 2011]
Baulicher Brandschutz nach MBO 32 Dächer (1) Bedachungen müssen gegen eine Brandbeanspruchung von außen durch Flugfeuer und strahlende Wärme ausreichend lang widerstandsfähig sein (harte Bedachung). (5) Dachüberstände, Dachgesimse und Dachaufbauten, lichtdurchlässige Bedachungen, Lichtkuppeln und Oberlichte sind so anzuordnen und herzustellen, dass Feuer nicht auf andere Gebäudeteile und Nachbargrundstücke übertragen werden kann. Von Brandwänden und von Wänden, die anstelle von Brandwänden zulässig sind, müssen mindestens 1,25 m entfernt sein 1.... 2. Dachgauben und ähnliche Dachaufbauten aus brennbaren Baustoffen, wenn sie nicht durch diese Wände gegen Brandübertragung geschützt sind.
Abstand der PV-Module zur Brandwand
Baulicher Brandschutz nach MBO Kein Überbauen von Brandwänden durch Module oder Leitungen (Leitungsdurchführungen sind nach MLAR zu schotten) Quelle: VGH Quelle: OBO Bettermann verwendete Materialien müssen für Außenanwendungen geeignet sein. oder Brandwände müssen mindestens 0,30 Meter über die Oberkante des PV- Generators ragen Abstände zu den Brandwänden von 1,25 Meter sind einzuhalten.
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VDE-Anwendungsregel E VDE-AR-E 2100-712 Mindestanforderungen an den DC-Bereich einer PV-Anlage im Falle einer Brandbekämpfung oder technische h Hilfeleistung l i Kennzeichnung von Anlage und Leitungsführung Bauliche, technische und organisatorische Installationsmaßnahmen Gegen Feuer geschützte Verlegung von PV-DC-Leitungen im Gebäude: Unterputz-Verlegung nach MLAR 2005 Brandschutzkanäle/-schächte nach EN 1366 oder DIN4102 oder Verlegung g der DC-Leitungen außerhalb des Gebäudes oder Einrichtungen zum Schalten, Trennen oder Kurzschließen im DC-Bereich
VDE-Anwendungsregel E VDE-AR-E 2100-712 Grundsätze der Einrichtungen zum Schalten, Trennen oder Kurzschließen im DC-Bereich einer PV-Anlage: Automatische Auslösung bei Abschaltung des Wechselrichter oder Wegfall der Netzspannung dabei kann nur das ausgangseitige DC-System als freigeschaltet betrachtet werden. Begrenzung - der Spannung auf kleiner als 120 V Gleichspannung oder - der Summe aller Kurzschlussströme auf kleinerer 12 ma Gleichstrom oder - der Energie auf kleiner als 350 mj. Dauerstrombelastbarkeit mindestens für den 1,25 fache Wert von des Kurzschlussstromes I SC STC fail safe Prinzip oder die Funktion der Einrichtung muss täglich überwacht werden
Praktische Umsetzung der technischen Maßnahmen Anforderungen an DC-Freischalteinrichtung: Auslöser am Hausanschluss / oder BMZ (Brandmeldezentrale) Fail Safe Verhalten Kennzeichnung des Schalters Schaltzustand am Schalter und Auslöser für Betreiber und Einsatzkräfte erkennbar Sicherung gegen Wiedereinschalten Kennzeichnung der abgeschalteten Bereiche Gleichzeitige Schaltung des in Wechselrichternähe befindliche oder im Wechselrichter integrierten DC- Lasttrennschalters (gemäß VDE 0100-712) notwendig; sonst Gefahr von Entladestromstoß aus den Eingangskondensatoren der Wechselrichter möglich. Langzeitzuverlässigkeit bei entsprechenden Witterungseinflüssen [Quelle: Adrian Häring, SMA]
VDE-AR-E 2100-712 : Einrichtungen zum Trennen des Strangs oder des PV-Generators Abb. 1: Beispielhafte Ausführung einer Einrichtung zum Trennen am Generatorende Einrichtung zum Trennen am Strangende bzw. Generatorende oder am Gebäudeeintritt, die sich durch ein externes Freigabesignal ansteuern lässt. Anforderungen an nach DIN EN 60947-3(VDE 0660-107) oder nach DIN EN 60947-2(VDE 0660-101) erfüllen für DC-PV-Anwendungen (Stromquellencharakteristik) zugelassen
Offene Problemstellungen von Modulabschaltlösungen: Freischaltung mit Halbleiterelementen bisher normativ nicht zugelassen, Fail-Safe-Lösung Prüfungen und Testprozeduren zu Funktion, Sicherheit und Langzeitbeständigkeit g von DC-Feuerschaltern insb. von Modulschalter sind noch nicht entwickelt Erarbeitung einer Produktnorm für Abschaltlösungen und deren Zertifizierung Auslösung für Einsatzkräfte muss nachvollziehbar sein Abschaltlösungen müssen Messungen der Stränge sowie Module bei Installation sowie Fehlersuche ermöglichen (EN 62446: Strangstrommessung vor Strangzuschaltung) Entwicklung von Langzeittest, Ermittlung von FIT und MTBF und zugehörigen Prüfvorschriften bzw. normen Extrem hohe Zuverlässigkeit (hohe MTBF, FIT-Rate) erforderlich Lebensdauer / Verfügbarkeit von Ersatzteilen > 30 Jahre Geringe Kosten und geringer Eigenverbauch
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Brandschutzgerechte Montage und Installation Inverter Qualifizierte Komponenten (insb. Module, Leitungen, Wechselrichter, Montage- system) Lichtbogenschutz Planung und Errichtung nach DIN VDE 0100-712 keine unterschiedlichen oder ungeeigneten Steckver- bindungen benutzen geeignete Strangsicherungen und Halter verwenden Isolationsüberwachung Blitz- und Überspannungsschutz insb. EN 62305-3 B5 Fachgerechte Befestigung der Module und Leitungen Bau und Montage (Statik) nach DIN 1055, Eurocode 1 Abnahmeprüfung und Dokumentation nach EN 62446
Brandschutzgerechte Elektroinstallation keine Installation von DC-Leitungen, Wechselrichter oder GAK im Treppen- und Ausgangsbereich Montage Wechselrichter und GAK auf nichtbrennbaren Untergrund und nicht in Bereich von brennbaren Stoffen, nicht direkt auf Holzwände, sondern auf 15 mm starke Platte der Baustoffklasse A1 (nicht brennbar) mit einem umlaufenden Überstand von 10 cm), Abwärme des Wechselrichters und Luftaustausch beachten Installation und Verlegung der Leitungen: erd- und kurzschlusssichere Leitungsverlegung Verwendung von PV-Leitungen (Bauart PV1-F) getrennte Verlegung von DC-Leitungen geeignete Befestigung der Leitungen nicht über scharfe Kanten verlegen Zulässige Biegeradien beachten Leitungen vor Nagetierfraß schützen Bild: www.photonpictures.com Bild: DGS Berlin Bilder: DGS Berlin
Ursachen für Lichtbogenentstehung Mängel an Komponenten: insb. an Modulen, Zellverbinder, Modulanschlussdose Mängel bei der Installation: Modulverbinder, Leitungsführungen, Ausführung Kontaktstellen, Installationsort Alterung der Isolation insb. Kabelisolation Ungeeignete Sicherungen und Ausführung der GAK
Isolationsfehler durch Montagefehler Einziehen von Leitungen in die Unterkonstruktion über scharfe Kanten Steckermontage mit ungeeignetem Werkzeug Stecker nicht korrekt geschlossen Scharfkantige Schrauben / Bohrspäne
Leitungsbefestigung mit Kabelbinder Biegeradien beachten Kabelisolation nicht abquetschen Ausreichende Zugentlastung
Korrekte Leitungsführung Modulleitungen mit UV-stabilen Kabelbindern befestigen Übergänge zwischen Modultischen in Schutzrohren Geschlossene Kabelwannen einsetzen Zusätzliche Entlastung durch Befestigungsclips
Planungs- und Installationsfehler mit direkten und indirekten Auswirkungen auf den Brandschutz nach Häufigkeit geordnet basierend auf Gutachten /Abnahmen der DGS-Berlin Nichtbeachtung der notwendigen Zugänglichkeit des Daches beim Löschangriff Kein Warnschild am Hausanschlusskasten Durchdringung bzw. Überbrückung von Brandabschnitte durch DC-Leitungen ohne Brandschottung Unterschreitung der zulässigen Keine Abstände Zugänglichkeit zu Brandabschnitten beim Löschangriff Überbauung der Brandabschnitte Ungenügende g Leitungsbefestigung Nichtbeachtung g g am PV-Generator von Brandabschnitten Unterschreitung des Trennungsabstand ohne Einbindung in die Blitzschutzanlage Einbindung in Blitz- und Überspannungsschutz nicht beachtet Verbindungsfehler im GAK Verbindungsfehler in der AC-Unterverteilung Ungeschützte Außenmontage von Elektrische GAK bzw. Wechselrichter, Verbindungsfehler trotz dementsprechender Montagempfehlungen GAK-Montage direkt auf brennbaren Untergrund DC-Leitungsführung über scharfe Fehler Kanten bzw. bei Beschädigung der Leitungsführung der Leitungsisolation bei Installation Verbindungsfehler bei Steckverbindern (falsche Ausführung, fehlerhafte Kombination, Verbinder nicht kompatibel) Unzureichender Überspannungsschutzmaßnahmen Wechselrichtermontage mit eingeschränkter Lüftung bzw. Abwärmeabführung Verpolter Strang Verwendung ungeeignete DC-Leitungen im Ausbereich (keine PV-Leitungen) Ungeeignete Komponenten Wechselrichtermontage auf einem Metallblech auf brennbaren Untergrund DC-Leitungsverlegung bzw. Installation der Wechselrichter/GAK Modulfehler im Treppen-, Flucht- oder Hauszugangsbereich Verwendung von für die Außenmontage ungeeigneten GAK bzw. Wechselrichtern Mechanische h Verspannung der Module Kurzgeschlossene Module Verwendung ungeeignete Strangsicherungen (nicht für DC, Spannungsfestigkeit nicht beachtet) Wechselrichtermontage direkt auf brennbaren Untergrund
Checkliste zur Wartung und Instandhaltung [Quelle: DGS-Leitfaden Photovoltaische Anlagen, Berlin 2010]
Qualitätssicherung von PV- Anlagen DGS Solarsiegel / RAL / TÜVdotCom P1 P2 Komponenten: (Module, Wechselrichter, Kabel, sonst. Installationsmaterial) Konzeption Leistungsgarantie und Produktgarantie Hersteller geringe Modulleistungstoleranz Austauschservice bzw. erweiterte Garantie WR Zertifikate: t ISPRA, IEC, TÜV-PROOF, VDE... Standsicherheit, Bauliche Zulassungen, Statik optimierte Auslegung und Dimensionierung: Planer - Ausschließen der Fehlanpassung WR/Module - Modulanordnung und -verschaltung - Wahl des geeigneten Anlagenkonzeptes und geeigneter Komponenten - WR-/ Kabeldimensionierung, Wechselrichterstandort Standsicherheit, Bauliche Zulassungen, Statik Überspannungs- bzw. Blitzschutz Leitungsoptimierung Ertragsgutachten P3 Ausführung entsprechend den Regeln der Technik (VDE, IEC, DIN...) geeignetes Montagesystem und DC-Installationsmaterial ggf. Vorsortieren und Vermessen der Module umfangreiche Funktionskontrolle zur Inbetriebnahme P4 Service /Btib Betrieb Ertragsüberwachung, Monitoring Wartungsvertrag Handwerker Betreiber / Wartung
Zusammenfassung Fachregel einhalten und Normen beachten baulichen Brandschutz beachten, insbesondere: - Brandabschnitte einhalten - Zugangsmöglichkeit schaffen für den Löschangriff - Freistreifen bei größeren Anlagen Obligatorisch am Hausanschlusskasten: - genormtes Hinweisschild und -ein Übersichtplan für den Löschangriff Baulichen Maßnahmen stellen die einfachste Möglichkeit dar das Schutzziel für die Einsatzkräfte sicherzustellen Ausführung der Anlage entsprechend dem Stand der Technik Regelmäßige Betriebsüberwachung, Wartung und Instandhaltung
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Udo Siegfriedt Fon: +49 30 293812 60 DGS - Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Fax: +49 30 293812 61 Mail: us@dgs-berlin.de Landesverband Berlin Brandenburg e.v. Web: http://www.dgs-berlin.de Wrangelstraße 100 D 10997 Berlin