Bezpečnost fotovoltaiky

Mechanická odolnost – bezpečí investice

Fotovoltaické systémy na budovách je nutno vnímat v jejich kontextu. Při návrhu systému je nutné zhodnotit stav konstrukce objektu, a to nejen z hlediska dostatečné statické únosnosti jednotlivých prvků, ale i na jejich fyzický stav. Po instalaci fotovoltaického systému se například výměna střešní krytiny nebo dokonce oprava konstrukce střechy stává mnohem komplikovanějšího a nákladnějšími, často (bez demontáže elektrárny) i nemožnou akcí.

Plánování elektrárny by mělo vycházet z místních podmínek, tedy intenzity větru, sněhových srážek, typu okolní krajiny a tvaru, stavu a konstrukce budovy. Fotovoltaický systém nezatíží stávající konstrukce pouze staticky vlastní hmotností ale i dynamicky – změní zatížení, které na konstrukce vyvíjí vítr. Zejména v případě instalací na plochých střechách, kdy se fotovoltaika zpravidla montuje na pomocné konstrukce upravující orientaci modulů vůči slunci z důvodu optimalizace výnosů, je nutné zvážit pravděpodobnost vzniku sněhových závějí a následné další přitížení konstrukcí budovy.

Při plánování systému je třeba pečlivě volit jeho komponenty – jejich únosnost, technické řešení, kvalitu použitých materiálů a zpracování s ohledem na předpokládanou životnost, místo a způsob instalace.

Montážní systém je nejméně nákladnou ale i nejhůře přístupnou a těžko kontrolovatelnou částí nástřešních instalace. Kvalitní konstrukce by proto kromě mechanické odolnosti vůči v místě platným hodnotám zatížení měla být zcela bezúdržbová z nekorodujících a UV záření odolných materiálů. V případě kotvení přes střešní krytinu je potřeba zvážit řešení detailů tak, aby byla eliminována možnost zatékání do konstrukce střechy. Je vhodné použít řešení významných výrobců fotovoltaických montážních systémů. Experimentování s cílem ušetřit s ohledem na celkovou investici zanedbatelnou částku se do budoucna může vymstít.

Nejdražší součástí celé solární elektrárny jsou přes dramatický pokles ceny v posledních dvou letech fotovoltaické moduly. Na jejich mechanickou odolnost působí na střechách v našem podnebí mnoho negativních vlivů. Musí odolat teplu, mrazu, vodě, sněhu, ledu, větru či jiným náhodným zatížením. To vše samozřejmě po dobu minimálně 20leté životnosti v různých vzájemných kombinacích a cyklech. Odolnost modulu zajišťuje krycí sklo, pod kterým jsou umístěny fotovoltaické články. Sklo je (v případě většiny krystalických modulů) olemované zpravidla hliníkovým rámem.

Důležitým parametrem skla je jeho únosnost, a to jak ve směru tlaku, tak sání. Hodnota 2400 kPa vlastní některým levnějším modulem není pro všechny oblasti vyhovující. V případě střešních instalací to platí o to více s ohledem na možnost nejen „normového“ zatížení, ale i případných závějí či v opačném směru turbulentního proudění vzduchu a z toho plynoucího sání zejména v oblasti okrajů či rohů střechy.

Rám modulu má za úkol držet vlastní kompozit skla, článků a krycí fólie a chránit jej před mechanickým poškozením. Musí také zamezit přístupu vody mezi jednotlivé vrstvy kompozitu. Tuhost rámu je důležitá jak pro ochranu při dopravě a instalaci, tak zejména kvůli instalaci na střechu. Je vhodné vyhnout se vetchým rámům s rohovými spoji z plastových spojek nebo jen slisovaného profilu. Nevhodné jsou i rámy z dutých profilů, které zatékající a mrznoucí voda v průběhu několika let spolehlivě zničí.

Při výběru modulu je dobré se také dívat na certifikace a testy, kterými modul prošel. Renomovaní výrobci zkoušejí své výrobky v testech nad rámec norem. Na trhu jsou například moduly, které jejich výrobce testuje na odolnost proti kroupám s dopadovou energií až 23× větší než je požadavek normy.

Požární (ne) bezpečnost

I když je objektivita některých zpráv v médiích pochybná, nelze popřít, že fotovoltaické zařízení jsou potenciálním nebezpečím pro stavbu z hlediska možné příčiny požáru. Toto riziko je však relativně malé – například podle statistik BDJ Versicherungsmakler GmbH & Co., Vedoucí společnosti v oblasti pojišťovnictví v Německu byla fotovoltaika v roce 2009 příčinou asi jen u každého tisícího požáru. Tato skutečnost se odráží i ve faktu, že pojišťovny fotovoltaiku nevnímají jako rizikový faktor při pojišťování objektů.

Problematika bezpečnosti fotovoltaických systémů z hlediska požární ochrany spočívá v tom, že u běžných systémů nelze vypnout jednosměrné vedení (mezi moduly a měničem) a jednotky hasičů proto musí postupovat jako při zásahu pod napětím, což znamená použití práškové nebo CO₂ hasicí směsi, což je však standardní součást výbavy jednotek stejně tak jako nových rodinných domů. Je nutné však připomenout, že fotovoltaické moduly ztrácejí svůj výkon v závislosti na teplotě – v případě požáru střechy je teplota natolik vysoká, že fotovoltaické moduly nemají již prakticky žádný výkon.

Většina případů požárů fotovoltaických zařízení způsobených fotovoltaikou samotnou je podle statistik způsobena poruchami hlavně na rozvaděčích a měničích napětí.

• Požární ochrana střešních fotovoltaických elektráren

Měnič je nutné instalovat podle doporučení výrobce, zejména co se umístění a prostoru v jeho blízkosti týká. Zpravidla jsou předepsány vzdálenosti od případných překážek z důvodu chlazení. Je vhodné toto zařízení umístit v poloze chráněné proti vlivům počasí, (déšť, slunce) ačkoli kvalitní výrobky mají krytí IP65 určené pro umístění ve venkovním prostředí. Umístění v chráněném, chladném a stinném prostředí má jednoznačně pozitivní vliv na výkon a životnost zařízení, nebo jeho částí.

Fotovoltaické moduly zpravidla obsahují zcela minimální množství hořlavých látek (připojovací krabice, konektory a izolace kabeláže) a jejich potenciál jako příčiny vzniku většího požáru je mizivý. Častěji jsou případy zničení nekvalitních modulů vypálením připojovacích krabic v důsledku nekvalitních spojů, netěsnosti nebo použitého materiálu s nízkou tepelnou odolností. Také nepřesností výroby způsobený vzájemný kontakt jednotlivých článků vede k místnímu přehřívání a následnému zničení modulu.

Kabelové trasy stejnosměrného vedení je vhodné vést v nehořlavých chráničkách, v ideálním případě odděleně plusové a minusové, zda v kabelovém žlabu s oddělovací přepážkou. Minimálně pro části vedení vystavené vlivům počasí (vlhkost, změny teplot, UV záření) je třeba trvat na použití vysoce kvalitních kabelů pro tyto účely určených. Poškození vedení, které vzhledem ke zvýšenému odporu a následnému přetavení vedení v daném místě může způsobit elektrický oblouk a následný požár, může vzniknout při instalaci tak při provozu. Ve zvýšené míře je proto nutné dbát na jeho plánování a provedení ve vztahu například k ostrým hranám, hořlavým materiálem či plánu údržby a podobně. Bezpečnost vedení ovlivňuje i výběr konektorů a jejich pečlivé zapojení. Špatně zapojený zda časem samovolně uvolněný konektor je rizikem stejným jako poškozené vedení. Vhodným výběrem vodotěsných konektorů s pojistkou proti samovolnému uvolnění můžeme toto riziko v podstatě eliminovat. Dobré je zvážit instalaci tzv. protipožárního spínače pro každou sérii modulů (string) umístěného v jejich blízkosti. Spínače jsou zapnuty pouze v případě odběru na straně AC. V případě odpojení elektrické přípojky objektu při požárním zásahu se takto všechny stringy odpojí a vedení za spínači tak není dále zdrojem nebezpečí.

Provozní bezpečnost – spolehlivost

Je ovlivněna souborem výše uvedených faktorů bezpečnosti mechanické a požární, ke kterým se připojuje hledisko vlastního výkonu elektrárny. Výkon elektrárny v průběhu celého roku přímo závisí na parametrech jednotlivých zařízení, na účinnosti modulů, jejich charakteristice v závislosti na míře osvitu, teplotě ale i na dimenzi (průřezu) kabeláže, účinnosti a pracovním rozsahu měničů.

S ohledem na dlouhodobost investice by se neměla zapomínat ani historie a důvěryhodnost výrobce a délka záruky.

Pro minimalizaci ztrát, způsobených případnými výpadky FVE i při dodržení výše uvedených doporučení, je vhodné do systému zařadit monitoring celého zařízení. V současnosti jsou na trhu dostupné systémy, které umožňují sledování chování elektrárny v prakticky reálném čase. Vlastník nebo správce elektrárny je takovým zařízením informován sms zprávou, emailem nebo faxem o případném výpadku či anomáliích majících vliv na výrobu energie. Navíc může neprodleně reagovat zajištěním okamžitého cíleného servisního zásahu, který zabrání ztrátám na výnosu. Dobrý monitorovací systém je zpravidla schopen archivovat data od začátku zapojení elektrárny a lze tak porovnávat a kontrolovat výnosy na denní, týdenní, měsíční nebo roční bázi. Některé systémy nabízejí dokonce aplikace například na iPhone, takže data ze své elektrárny má uživatel v dispozici neustále.

Na spolehlivost má samozřejmě vliv i péči o instalaci. Nejen z hlediska výnosu je výhodné například úklid sněhu v zimě, ale i pravidelné (například jednou ročně) prohlídky celého zařízení. Možná tak předejít poruchám a výpadkům, ale i větším škodám na vlastní elektrárně a prostředí, ve kterém se nachází.

Závěr

Z výše uvedeného je opět zřejmé, že nejlevnější řešení instalace nemůže být efektivním řešením v dlouhodobém horizontu, ve kterém by plánování fotovoltaické aplikace mělo být promýšleno. Z praxe známe případy, kdy papírově stejně výkonné elektrárny ve stejné lokalitě, se stejnou orientací ale s ostatními použitými komponenty mají za první rok provozu rozdíl ve výnosech 5–15 %. Lze zatím jen odhadovat, jak a zda vůbec takové nekvalitní systémy budou fungovat v dalších letech.

Stejně jako v mnoha jiných případech, i v případě fotovoltaiky praxe dokazuje, že levné řešení se nevyplácí.

V pokračování miniseriálu se spolu podíváme na trendy v současné fotovoltaice.