Bezpieczeństwo fotowoltaiki w praktyce, czyli od ryzyka do zabezpieczeń

Wraz z rozwojem instalacji fotowoltaicznych równolegle rozwijały się technologie zwiększające ich bezpieczeństwo. Współczesne systemy PV nie są już wyłącznie zestawem paneli i falownika, ale całym skomplikowanym układem wyposażonym w szereg zabezpieczeń elektronicznych i przeciwpożarowych. Ich celem jest ograniczenie skutków najbardziej niebezpiecznych zjawisk, jak chociażby łuk elektryczny, zanim doprowadzą one do realnego zagrożenia pożarowego.

Technologie zwiększające bezpieczeństwo takie jak AFCI i Rapid Shutdown

Funkcjonalność AFCI

Układ AFCI w falowniku monitoruje sygnaturę prądu w poszukiwaniu specyficznych harmonicznych wysokiej częstotliwości, zazwyczaj w zakresie 1 kHz - 250 kHz, które towarzyszą powstawaniu łuku elektrycznego. Dzięki algorytmom analizy częstotliwościowej, procesor inwertera jest w stanie odróżnić szum pracy urządzeń komutacyjnych od sygnałów wskazujących na zagrożenie. Norma IEC 63027 opisuje wymagania i procedury badawcze dotyczące wykrywania oraz przerywania łuku DC w instalacjach fotowoltaicznych. W praktyce producenci zaawansowanych urządzeń deklarują krótkie czasy reakcji, często rzędu kilku sekund lub krótsze. Ograniczenie czasu trwania łuku jest niezmiernie ważne, aby całkowita energia oddawana do otoczenia była możliwie jak najmniejsza, co ogranicza ryzyko zapłonu materiałów znajdujących się w pobliżu instalacji.

Wprowadzenie AFCI do projektów instalacji o mocy powyżej 6,5 kWp staje się coraz częstszym oczekiwaniem lub zaleceniem rzeczoznawców ppoż., szczególnie w obiektach o podwyższonych wymaganiach bezpieczeństwa pożarowego oraz budynkach użyteczności publicznej. Dla inwestorów należy nadmienić, że brak tej funkcji w starszych falownikach może być przeszkodą przy próbie ubezpieczenia instalacji lub uzyskania pozytywnej opinii technicznej.

Rapid Shutdown (RSD) i bezpieczeństwo ratowników

Drugim wspomnianym elementem bezpieczeństwa instalacji jest technologia Rapid Shutdown. Standardowe falowniki stringowe po wyłączeniu odcinają dopływ energii do sieci AC, jednak na przewodach DC biegnących z dachu do falownika nadal występuje wysokie napięcie rzędu nawet 600-1100 V, dopóki na panele pada światło słoneczne. Systemy RSD, stosowane m.in. w rozwiązaniach opartych na optymalizatorach mocy lub mikroinwerterach, pozwalają na szybkie ograniczenie napięcia po stronie DC. W niektórych standardach i rozwiązaniach rynkowych przywołuje się przykładowo poziom poniżej 30 V w ciągu 30 sekund od aktywacji wyłącznika bezpieczeństwa, jednak w polskim kontekście należy traktować to przede wszystkim jako rozwiązanie techniczne zwiększające bezpieczeństwo, a nie jako powszechny wymóg ustawowy dla każdej instalacji PV.

Redukuje się przy tym ryzyko porażenia strażaków podczas prowadzenia prac ratowniczych, takich jak przebijanie poszycia dachu w celu oddymienia budynku lub bezpośrednie polewanie instalacji wodą z bliskiej odległości. Systemy RSD mogą działać na poziomie modułu, co oznacza, że każdy panel jest indywidualnie izolowany elektrycznie od reszty stringu w sytuacji awaryjnej.

• Zobacz również: Fotowoltaika i pożary. Fakty kontra mity, które krążą w sieci

Ochrona przeciwprzepięciowa (SPD) i monitoring izolacji

Kolejną częścią systemu bezpieczeństwa są ograniczniki przepięć (SPD). Dobór ochrony przeciwprzepięciowej powinien wynikać z projektu instalacji, obecności instalacji odgromowej, sposobu prowadzenia przewodów oraz analizy ryzyka. W wielu przypadkach stosuje się ochronę typu 2, natomiast typ 1 lub 1+2 może być wymagany tam, gdzie wynika to z ochrony odgromowej i warunków technicznych obiektu. Nie można zapominać o systemie stałego monitorowania rezystancji izolacji (Ri). Falownik przed każdym uruchomieniem mierzy wartość rezystancji względem ziemi; jeśli spadnie ona poniżej określonego progu, zależnego od konstrukcji urządzenia i wymagań producenta, system zgłasza błąd i nie dopuszcza do przepływu prądu.

Ramy prawne i wymogi bezpieczeństwa pożarowego w Polsce

Przełomowym momentem dla legislacji bezpieczeństwa fotowoltaiki w Polsce była nowelizacja Prawa budowlanego, która weszła w życie 19 września 2020 roku. Wprowadziła ona rygorystyczne obowiązki dla właścicieli instalacji o mocy przekraczającej 6,5 kWp, których głównym celem była profesjonalizacja nadzoru nad tymi systemami.

Obowiązki dla instalacji powyżej 6,5 kWp

Zgodnie z art. 29 ust. 4 pkt 3 lit. c Prawa budowlanego, każda instalacja o mocy zainstalowanej elektrycznej większej niż 6,5 kWp, w tym mikroinstalacja do 50 kW, wymaga:

1. Uzgodnienia projektu z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych: Rzeczoznawca ocenia zgodność projektu z przepisami techniczno-budowlanymi. Analizie mogą podlegać sposób prowadzenia kabli DC, obecność zabezpieczeń AFCI/RSD, dobór komponentów i klasa reakcji na ogień elementów instalacji. Uzgodnienie potwierdzane jest w dokumentacji projektowej przez rzeczoznawcę.
2. Zawiadomienia organów Państwowej Straży Pożarnej: Inwestor ma ustawowy obowiązek zgłosić gotową instalację do komendy powiatowej lub miejskiej PSP właściwej dla miejsca montażu. Zgłoszenie takie nie jest prośbą o pozwolenie, lecz informacją operacyjną dla służb ratowniczych.

Ważnym niuansem prawnym jest definicja mocy 6,5 kWp. Odnosi się ona do łącznej mocy modułów po stronie DC, a nie mocy falownika po stronie AC. Oznacza to, że instalacja o mocy dokładnie 6,5 kWp nie podlega jeszcze uzgodnieniu, natomiast 6,51 kWp już tak. W przypadku rozbudowy systemu (np. z 5 kW do 8 kW), obowiązek uzgodnienia i zgłoszenia staje się aktualny dla całego systemu wpiętego do tego samego punktu poboru energii.

Procedura zgłoszeniowa i dokumentacja

Zgłoszenie do PSP powinno nastąpić po zakończeniu montażu i zawierać dane o lokalizacji paneli, inwertera, trasach kablowych DC oraz zastosowanych zabezpieczeniach przeciwpożarowych. Dokumentacja może być istotna w procesie wypłaty odszkodowania przez ubezpieczyciela oraz przy ubieganiu się o dotacje z programów takich jak „Mój Prąd”. Nie należy traktować zgłoszenia jako procedury uzyskania pozwolenia. Ma ono przede wszystkim charakter informacyjny i operacyjny dla służb ratowniczych. Brak reakcji PSP nie powinien być opisywany jako formalna „milcząca akceptacja” instalacji.

Oznakowanie budynków według normy PN-EN 60364-7-712

Obowiązkiem inwestora jest właściwe oznakowanie posesji naklejkami informacyjnymi, których wzór jest powiązany z wymaganiami normy PN-HD 60364-7-712 oraz praktyką oznakowania instalacji PV. Jest to niezbędne, ponieważ w warunkach silnego zadymienia strażacy mogą nie dostrzec paneli na dachu. Naklejka z symbolem modułów PV powinna zostać umieszczona:

• na złączu instalacji elektrycznej (główna rozdzielnica budynku),
• w miejscu pomiaru energii (jeśli licznik jest oddalony od złącza), 
• obok głównego wyłącznika prądu oraz na trasie okablowania DC biegnącego wewnątrz budynku.

Tabela 1. Porównanie wymagań prawnych dla instalacji ≤ 6,5 kWp i > 6,5 kWp [opracowanie własne]

Ubezpieczenia jako element systemu bezpieczeństwa

Na tym etapie nie można zapominać również o systemie techniczno-prawnym, z którego korzysta większość mieszkańców naszego kraju. Jest nim ubezpieczenie, czy to OC, czy ubezpieczenie na życie. Natomiast w niniejszym artykule przybliżyć należy pojęcie ubezpieczenia instalacji fotowoltaicznych. W praktyce polisy obejmują ochronę przed skutkami pożaru, przepięć oraz zdarzeń losowych, a często także elementy dodatkowe, takie jak falownik czy konstrukcja montażowa.

Zakres ochrony może obejmować również przerwy w produkcji energii, które mają decydujące znaczenie szczególnie w instalacjach komercyjnych. Coraz częściej ubezpieczyciele analizują jakość wykonania instalacji oraz zastosowane zabezpieczenia techniczne. Obecność wspomnianych i opisanych wcześniej systemów AFCI, SPD czy RSD może wpływać na ocenę ryzyka i warunki polisy. Instalacje zgodne z normami technicznymi oraz poprawnie udokumentowane są traktowane jako mniej ryzykowne, dzięki czemu inwestor może liczyć na stabilniejsze warunki ubezpieczenia oraz łatwiejszy proces likwidacji szkód. Dodatkowo ubezpieczenie często stanowi warunek finansowania instalacji w przypadku kredytów lub leasingu.

Podejście do bezpieczeństwa instalacji fotowoltaicznych

Bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznej nie wynika z jednego rozwiązania, ale z połączenia trzech warstw: technologicznej, prawnej i finansowej. Technologie ograniczają ryzyko powstania awarii, normy regulują sposób projektowania i eksploatacji, a ubezpieczenia przenoszą część ryzyka finansowego. Dobrze zaprojektowany system PV jest nie tylko bezpieczny technicznie, ale również przewidywalny i opłacalny.

Źródło: PZU, Voltpure, Aforenergy, Fronius, enerad.pl, N Energia, Gov.pl.

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii “Grzała”
Piotr Wrona