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Leitfaden Brandrisiko in PV-Anlagen - PV

1. i i GA Flachdach aufgest nderte PV Anlage BIPV fassadenintegrierte Anlage PV Vorhangfassade Oldenburg Quelle Solaranlagen Portal Quelle Solarfabrik GmbH Quelle Colt Int GmbH Nach dem elektrischen Schaltungskonzept k nnen PV Anlagen mit Zentralwechselrichter und mit dezentralen Wechselrichtern unterschieden werden Anlagen mit Zentralwechselrichter werden selten als Kleinspannungskonzept bis 120V typischerweise mit h heren DC Spannungen bis 1000 V zuk nftig auch 1500 V realisiert Bei Gro anlagen kommen mitunter Master Slave Ger te oder auch Wechselrichter mit zugeordnetem Mittelspannungs Transformator zum Einsatz Dezentrale Anlagen werden mit mehreren Strang bzw Teilgeneratorwechselrichtern mit Modulwechselrichtern oder mit modulorientierten Gleichstromwandlern Leistungsoptimierern realisiert 1 3 Status der Anforderungen an Komponenten Systeme und Installation Bei den Untersuchungen zur Ursache von Brandereignissen bei denen urs chlich eine PV Anlage ermittelt wurde zeigte sich dass ca jeweils 1 3 der Schadensf lle auf Komponentenfehlern 1 3 auf mangelhafter Planung und 1 3 auf fehlerhafter Installationsausf hrung beruhte vgl Kapitel 3 3 2 Statistische Schadensfallanalysen Innerhalb dieses Kapitels werden die aktuellen Normen resp Forderu
2. Bild 3 5 links Versuchsaufbau T V Currenta mit Fl chenbrenner Foto T V Rheinland Rechts Versuchsaufbau BAM mit punktf rmigem Gasbrenner in mittiger Positionierung Foto BAM 12 Im Ergebnis stellte man bei der BAM fest dass e Sch den bei der Beanspruchung von unten deutlich gr er ausfallen als bei der bei Standard Brandtests blichen Beanspruchung von oben Burning Brand Test sowohl bei kristallinen Dickschichtmodulen Glas Folie als auch bei D nnschichtmodulen Glas Glas e Bei kristallinen Modulen kam es hierbei nicht zum Flammendurchtrit obwohl das Modul gro fl chig besch digt wurde e Bei D nnschichtmodulen kam es bereits nach 2 min zum Flammendurchtritt mit allerdings nur geringen zerst rten Fl chen Im Vergleich sind demnach deutliche Unterschiede in den Ergebnissen zum Brandverhalten bei PV Modulen festzustellen Je nach Belastungsintensit t und belasteter Modul Fl che variieren die Aussagen zum Zeitpunkt des Durchbrandes des Zerst rungsausma es des Abfallens brennender Bestandteile und des selbstst ndigen Weiterbrennens Konkrete Aussagen zum Brandverhalten gelten demnach nur f r die untersuchten Pr fmuster in der jeweiligen Versuchskonstellation Eine allgemeing ltige Aussage kann nicht getroffen werden Grunds tzliche Aussagen die bei den bisherigen Brandversuchen an Modulen oder Modulproben durchgef hrt wurden stimmen berein Fazit PV Module sind unabh ngig ihrer Technologie un
3. In diesem Kapitel werden verschiedene Fragestellungen im Zusammenhang mit Br nden bei denen eine PV Anlage beteiligt ist untersucht Diese umfassen die gegebenenfalls zus tzliche Gef hrdung von Feuerwehr Einsatzkr ften oder anderen Personen in der Umgebung des Brandherdes aufgrund toxischer Ausgasungen m gliche Auswirkungen auf den Boden bei einem massiven L schwasser eintrag und auch die m gliche Ausbreitung von toxischen Gasen oder Ru partikeln aufgrund thermischer und oder wetterbedingter Luftbewegungen ber die unmittelbare Nachbarschaft hinaus Module und andere Komponenten einer Solaranlage werden bez glich ihrer typischen Bestandteile und damit im Brandfall ggf freiwerdender Schadstoffe deren maximal m glicher Konzentration Worst Case Szenario und deren m glicher Ausbreitung im Umfeld untersucht Daraus werden die Risiken der verwendeten Materialien f r kritische Emissionen bestimmt und wenn n tig Empfehlungen zur Materialauswahl abgeleitet In Bild 4 28 sind die beim PV Anlagenbrand zu betrachtenden Emissionsherde und deren Gef hrdungspotential f r die verschiedenen Schutzziele aufgef hrt u ER u _ N Emissionen A feat j ur eg SZ 4 Erstickungsgefahr j Kontaminiertes ga Y j L schwasser rr inhalation toxischer e Rogon Stoffe k Auswaschungen d Gro r umige gt Verbreitung gt Personen u Tr Umwelt e gt Personen F Umwelt Feste Partikel 2 j Ru partik
4. Die urspr ngliche Norm f r solare Speichersysteme ist die DIN EN 62093 Sie formuliert Kriterien f r die Bauarteignung aller Bauteile eines Speichersystems inklusive Laderegler und Batterie sowie Pr fverfahren Der Schwerpunkt liegt dabei auf Beanspruchung durch Umgebungseinfl sse also mechanische und thermische Beanspruchung sowie Feuchtigkeit Betrachtet werden allerdings nur Blei und Nickel Cadmium Akkumulatoren Erg nzt wurde sie durch DIN EN 62509 und DIN EN 61427 1 Die DIN EN 62509 stellt Anforderungen an die Leistungsparameter und das Lademanagement von PV Batterieladereglern um eine m glichst lange Lebensdauer der Batterie zu erm glichen Sie bezieht sich nur auf Bleibatterien DIN EN 61427 1 definiert Betriebsbedingungen f r Solarakkumulatoren und stellt Anspr che an die mechanische Belastbarkeit Sicherheit und Dokumentation Ebenfalls werden Pr fverfahren f r Kapazit t Ladungshaltung Wirkungsgrad und Lebensdauer festgelegt Die Norm schlie t zwar alle g ngigen Zelltechnologien inklusive Li lonen Zellen ein bezieht sich aber nur auf Off Grid Anwendungen Eine Norm f r netzgebundene Speichersysteme ist unter der Bezeichnung DIN EN 61427 2 in Vorbereitung Tabelle 1 6 Wichtige Normen zu DC Komponenten oder Speichersystemen DC Komponenten und Solarspeichersysteme Bezeichnung DIN EN 50521 DIN VDE 0126 3 Steckverbinder f r Photovoltaik Systeme Sicherheitsanforderungen und Pr fungen DIN EN
5. e schlechte Crimpung z B mit Kombizange e schlechte Steckung also nicht vollst ndig gesteckte Verbindungen e falscher Zusammenbau des Steckers dann rutscht ein Kontaktst ck beim Stecken unbemerkt nach hinten und e _Kreuzpaarung Kombination von Stecker und Buchse verschiedener Hersteller Stecker nicht korrekt gesteckt Am hellen Mittag entstand in einer dachintegrierten PV Anlage ein Brand Der Brand erfasste und zerst rte den ganzen Dachstuhl Im Schutt fand der Brandsachverst ndige Reste von verschiedenen Steckverbindern Bild 3 21 Der rechte Steckerstift ist vollst ndig erhalten der linke ist durch einen Lichtbogen verdampft worden Bild 3 21 Reste zweier Steckverbinder aus dem Schutt eines Wohnhauses 9 Foto Institut f r Schadenverh tung und Schadenforschung IFS Der Gutachter kam zu dem Schluss Die Schadenursache war die besch digte Steckverbindung oder deren nicht fachgerechte Montage 16 Aus Risikosicht traf hier ein Installations oder Produktfehler und eine Indach PV Anlage mit nahen hohen Brandlasten aufeinander Kreuzpaarung Steckverbinder Manche Hersteller von Steckverbindern werben f r ihre Produkte mit der Behauptung sie seien kompatibel zu den Produkten anderer Hersteller 64 Pr fungen beim T V Rheinland 20 und bei Multi Contact 21 zeigen dass diese Aussagen nicht haltbar sind Selbst wenn zum Installationszeitpunkt eine gute Kontaktierung gegeb
6. 122 4 5 1 4 K rperwiderstand Die Werte der K rperimpedanz h ngen von zahlreichen Faktoren ab insbesondere vom Stromweg der Ber hrungsspannung der Durchstr mungsdauer der Frequenz dem Feuchtigkeitszustand der Haut der Gr e der Ber hrungsfl che dem ausge bten Druck und der Temperatur Mit zunehmender Spannung nimmt die K rperimpedanz asymptotisch ab der Hautwiderstand kann bereits bei Spannungen gt 200 V durchschlagen In Tabelle 4 5 sind einige statistisch ermittelte Impedanzwerte dargestellt f r den Stromweg Hand zu Hand Tabelle 4 5 Ausgew hlte Werte der K rperimpedanz bei Stromfluss von Hand zu Hand in Abh ngigkeit von der Ber hrungsspannung DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 1 2007 05 5 der Bev lkerung 50 der Bev lkerung 95 der Bev lkerung 800 1 275 2 050 700 950 1 275 575 7175 1 050 5 5 715 1 050 Bei den daf r erfolgten Messungen wurde festgestellt dass die Gesamtimpedanzen f r den Stromweg von einer Hand zu einem Fu teilweise etwas niedriger liegen 10 30 Zus tzlich zum K rperinnenwiderstand liegen bergangswiderst nde durch die Kleidung und gegebenenfalls Widerst nde vorhandener Werkzeuge vor Gesamtk rperwiderstand H R Rki Ro Rk Rw Rk K rpergesamtwiderstand Rk K rperinnenwiderstand R 1 Bos bergangswiderst nde Haut Rk Kleidungswiderstand Rw Werkzeugwiderstand Bild 4 4 Gesamtk rperwiderstand Quelle Bild Brieselang
7. 5 5 i Se Se gt gt _ D Versuch 2B Versuch 2C 1 6 1 0 27 0 480 E D zech O LO E AN GN N CA CO N gt gt gt gt gt 5 gt gt gt Se gt gt m gt gt gt gt gt gt 3 gt N gt co Tabelle 4 31 Mittlere Rauchgaskonzentrationen Cd Te Modul Arsen Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Versuch 3A Versuch 3B Versuch 3C 0 2 120 3 gt N 173 Chlorwasserstfff _ mg m Formaldehyd mg m 0 4 1 6 2 6 n n nicht nachweisbar Vergleich mit toxikologischen Grenzwerten CO CO Bei den Messwerten liegt eine deutliche Grenzwert berschreitung gt Faktor 10 vor Halogenwasserstoffe und Stickoxide Die gemessenen Konzentrationen liegen unterhalb der Nachweisgrenze und auch unterhalb der toxikologischen Grenzwerte Schwermetalle Die Messwerte liegen deutlich unterhalb der Grenzwerte Pb lt 0 1 GW Cd lt 10 GW Se lt 20 GW As lt 1 GW PAC 120 mg m 60 min AEGL 2 30 min 0 96 mg m PAC 0 2 mg m PAC 0 58 mg m ee ED _ Bewertung der Ergebnisse Ein direkter Vergleich der Messwerte mit toxikologischen Grenzwerten ist aufgrund unterschiedlicher Expositionszeiten nicht m glich Die Randbedingungen variieren bei jedem Brand d h jeder Brand ist einzigartig Die Grenzwerte werden lediglich zur Absch tzung der Gr enordnung einer m glichen
8. 5 3 5 Lichtbogendetektion Beachtet man die in Kapitel 5 3 1 aufgef hrten Handlungsanweisungen zur Verhinderung der Entstehung von Lichtb gen und berhitzungen ist ein von einer PV Anlage ausgel ster Brandfall sehr unwahrscheinlich Im Allgemeinen ist eine solche Strategie als v llig ausreichend zu bewerten In den USA ist das Lichtbogenrisiko anders zu bewerten PV Anlagen werden h ufig mit geerdetem PV Generator ausgef hrt was ein gr eres Risiko eines Parallellichtbogens bedeutet H user werden oft aus brennbaren Materialien wie Holz gebaut und D cher sind mit Bitumen Dachpappe versehen Deshalb geht man hier einen anderen Weg Im National Electric Code 2011 74 ist der Einbau von verf gbaren Lichtbogendetektoren in geb udeinstallierten PV Anlagen vorgeschrieben In Anlehnung an die Situation bei bestimmten Wechselstromkreisen im Haushalt wo das schon seit einigen Jahren der Fall ist Prinzipschaltung vieler aktueller LBD Entwicklungen Serielichtb gen Parallellichtbogen Netz nn DC Trennschalter Wechselrichter T gt mm i PV Generator bis zu gt 60 m DC Speisung oft extern Bild 5 29 Typische Prinzipschaltung aktueller LBD Entwicklungen Speisung und Abschaltung durch Wechsel richter bei Integration oder extern Analyse der St rstr me des Lichtbogens im Bereich 1 500 kHz je nach Hersteller 6 222 In Deutschland und Europa gibt es derzeit keine vergleichbaren Installationsvorschri
9. Bild 5 34 Sichtpr fung links am WR und Messung rechts am GAK im Rahmen der Abnahme Eine qualifizierte Abnahme sollte die folgenden wesentlichen Kernpunkte umfassen e berpr fung der Dokumentation o Vollst ndigkeit o Korrekte Auswahl und Auslegung von Komponenten o Eignung der Komponenten f r den Einsatzzweck o Zusammenwirken der Einzelkomponenten e Abgleich der errichteten Anlage mit der Spezifikation o Anlagenparameter Auslegung und Dimensionierung Orientierung und Ausrichtung des Generators Komponentenwahl Ausf hrungsqualit t Erf llung zugesicherter Eigenschaften O O O 8 e Umfangreiche Sichtpr fung o Feststellung der Einhaltung relevanter Normen und Richtlinien o Pr fung auf M ngelfreiheit e Erproben und Messen o Z B Stringmessungen Kurzschlussstrom Leerlaufspannung Isolationswiderstand z B thermographische Untersuchung z B Ausl sung sicherheitstechnischer Anlagenteile z B U I Kennlinienmesssungen z B mechanische Messungen O O O 234 Trefl 33 Tatm 19 Abst 2 0 FOV 23 2014 09 24 12 37 52 40 120 e 0 98 Bild 5 36 Beispiele Thermographie in der Unterverteilung und am Transformator Es ist dabei zu beachten dass alle relevanten Anlagenteile vom Modul bis zum Einspeisepunkt ber cksichtigt werden Zur Anlage geh ren z B auch die Modulunterkonstruktion und die Gr ndung bzw Verankerung Bei der Bewertung der Anlage sollte auch die Qualit t der ausgef hrten Arbeit ber cksic
10. Variablenpr fung Erstere bezieht sich auf 35 Pr fmerkmale mit Attributcharakter w hrend sich letztere auf stetige Produkteigenschaften Konzentriert Beide beschreiben Verfahren f r die laufende Qualit tskontrolle in der Produktion und im Warenausgang und nennen Stichprobengr e und umfang Auf der Grundlage dieser Normen haben ebenso die Zwischenh ndler eigene Prozesse zur Qualit tssicherung entwickelt Die Einhaltung der Qualit tsstandards kann auf freiwilliger Basis durch unabh ngige Pr finstitute berwacht werden TUV Rheinland bietet beispielsweise die Power Controlled Zertifizierung f r Modulhersteller an Voraussetzung f r die Erteilung des Zertifikats ist ein hoher Standard der Qualit tssicherung mit besonderem Augenmerk auf die Einhaltung der Leistungstoleranzen f r Module Dieses Angebot nehmen mehrere namhafte Modulhersteller im In und Ausland in Anspruch Weitere Institute die unabh ngige Qualit tspr fungen f r Komponenten vornehmen sind in Deutschland das Fraunhofer ISE der VDE das PI Berlin und international z B Ispra UL oder JET Zur weiteren Verbesserung der Qualit tssicherung bei PV Modulen und der Bewertung von PV Modulen im Solarpark l uft seit 2013 bis 2017 ein Forschungsvorhaben als Verbundprojekt von Sunnyside upP dem ISC Konstanz der RWTH Aachen der Solarfabrik und T V Rheinland Es wird gef rdert durch Mittel des Bundesministeriums f r Wirtschaft und Energie BMWi aufgrun
11. ueeeeesssssnnnnnnnnnnnnnnnnn 237 BILD 5 38 SICHERUNGSHALTER MIT TRENNFUNKTION neennnnnnnnnnesssnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnn 237 BIL 5 39 TRENNER MIT SICHERUNG eu nn a ee en 237 BILD 5 40 EASTTRENNSCHALTER iieo sn ee En a a nei 237 BILD 5 41 MITTELSPANNUNGSSCHAUTSTATION annn n rr nnan n EEEE EEERAAEEEEEEE enana nEn neee 238 BILD 5 42 ERD UND KURZSCHLUSS KIT F R DEN TBANSEODMATOR nennen 238 BILD 5 43 BEISPIEL F R EIN ONLINE MONITORING PORTAL MIT STRINGSTROM BERWACHUNG n ssnnennenn 239 BILD 5 44 VERSUCHE ZUR LICHTDICHTEN ABDECKUNG VON PV MODULEN FOTO HTTP PV NOTAUS DE GEF HREN HTML ee een Angie 241 BILD 5 45 BEISPIELHAFTE EINRICHTUNG ZUM TRENNEN AM GENERATORENDE ueneeeenssssnnnesennenennonennennnenn 243 BILD 5 46 BEISPIELHAFTE EINRICHTUNG ZUM KURZSCHLIEBEN AM GENERATORENDE n nannsnnnnennoenenn1enne 243 BILD 5 47 BEISPIELHAFTE EINRICHTUNG ZUM ABSCHALTEN DURCH SERIENSCHALTER AUF MODULEBENE 244 BILD 5 48 BEISPIELHAFTE EINRICHTUNG ZUM ABSCHALTEN DURCH KURZSCHLIEBEN AUF MODULEBENE 244 BILD 6 1 PV HINWEISSCHILD NACH VDE AR2 100 7 12 u022200222002000nnnnenennenennonnnnnnnne nenne nennennnnnnnneen 247 BILD 6 2 BEISPIEL EINES BERSICHTSPLANS F R DIE EINSATZKR FTE NACH VDE AR 2100 712 248 267 VI Tabellenverzeichnis TABELLE 1 17 KATEGORIENIPYV ANLAGEN Eeer 10 TABELLE 1 2 WICHTIGE NORMEN UND NORMENREIHEN MIT BEZUG ZUR KONFIGURATION VON PV SYSTEMEN
12. 79 In Bild 3 39 ist deutlich zu erkennen dass bei Hersteller 10 die meisten Reklamationen wegen eines Defektes der Anschlussdose reklamiert worden sind Weiterhin ist zu erkennen dass Hersteller 4 ein Problem mit schlecht kontaktierten Verbindungen zwischen den Zellen hat Insgesamt f llt auf dass beim Endkunden deutlich mehr transportbedingte Sch den auftreten Das l sst darauf schlie en dass Module trotz Hinweisen in den Montageanleitungen auf der Baustelle unsachgem gehandhabt werden Minderleistungen und defekte Zellverbinder sind dagegen in fertigen Anlagen wesentlich seltener zu finden als in der Wareneingangspr fung Das zeigt dass EL Aufnahmen ein effektives Mittel sind um solche Fehler zu erkennen und die betroffenen Module herauszufiltern 3 5 Potentielle Lichtbogen Risikostellen in PV Anlagen 3 5 1 Modul 3 5 1 1 Zellverbinder Wesentliche Schwachstellen f r die Entstehung eines Lichtbogens innerhalb eines PV Moduls stellen die L tverbindungen dar Besonders viele L tstellen finden sich bei der Verbindung zwischen den einzelnen Solarzellen Die Busbars der Zellen werden hierbei ber aufgel tete Zellverbinder kontaktiert Daher spielt es eine Rolle wie viele Busbars und somit Zellverbinder die verbauten Solarzellen besitzen Bei gr eren Zellen werden heute oft drei Busbars verbaut um auch bei Ausfall von einzelnen Kontakt berg ngen oder lokalen Temperaturerh hungen Redundanzen und eine gleichm ige Vert
13. Dieser Brand entstand dem Schadensbild nach vermutlich im Bereich der DC Anschl sse des Wechselrichters Er breitete sich als Kabelbrand mit Parallel Lichtbogen im Kabelb ndel nach oben aus und griff so auf die Dachkonstruktion ber Eine r umliche Trennung der beiden Pole schon ab dem Wechselrichter h tte den Lichtbogen vermutlich fr hzeitig unterbrochen 3 3 3 6 Missachtung der Anforderungen an feuergef hrdeten Betriebsst tten Nach Erfahrungen der W rttembergischen Versicherung sind PV Anlagen auf landwirtschaftlichen Geb uden wie die Geb ude selber einem erh hten Brandrisiko ausgesetzt 18 Dies liegt vermutlich u A daran dass in derartigen Geb uden h ufig brennbare Stoffe lagern oder Staubablagerungen auftreten und dabei nicht selten die Anforderungen an die Errichtung von elektrischen Anlagen in feuergef hrdeten Betriebsst tten 18 missachtet werden Diese Anforderungen sind in einer frei verf gbaren Brosch re des Verbands der Sachversicherer VdS gut verst ndlich dargestellt 25 Die Beachtung dieser Vorgaben reduziert die Gefahr der Brandausweitung und damit den Gesamtschaden 72 Gem diesem Dokument ist die wichtigste Forderung dass Betriebsmittel von PV Anlagen au erhalb des brandgef hrdeten Bereiches zu installieren sind Im gef hrdeten Bereich d rfen nur elektrische Betriebsmittel eingesetzt werden die zum unmittelbaren Betrieb in diesen Bereichen erforderlich sind
14. F r Deutschland schlagen wir ein nationales Vorwort vor das Strangsicherungen nur bei Anlagen vorschreibt bei denen die PV Module in einer brennbaren Umaebuna einaebaut sind 91 3 5 4 Freischalter und Trennstellen Bild 3 50 zeigt den schematischen Aufbau einer PV Anlage mit DC Schaltstellen wie sie h ufig in der Praxis bei der Installation auf der Gleichstromseite verwendet werden In der deutschen Errichtungsnorm f r Photovoltaikanlagen 36 wird ein Lasttrennschalter auch DC Freischalter genannt auf der DC Seite des Wechselrichters vorgeschrieben Da dieser Schalter einen Wechselrichter auch unter Nennlast oder bei einem eingangsseitigen Kurzschluss des Wechselrichters sicher vom Solargenerator trennen muss ist auf die korrekte Dimensionierung des Schalters zu achten Die Verwendung eines DC Schalters der f r die Bedingungen einer DC Spannungsquelle ohne Ber cksichtigung der Eigenschaften eines PV Generators Stromquellen Charakteristik ausgelegt wurde kann zu einem Schaltlichtbogen f hren der nicht mehr gel scht werden kann emm emm fm Lem emm emm String schalter PV Str nge DC Freischalter Wechselrichter Bild 3 50 Blockschaltbild einer PV Anlage mit Schaltstellen Vor allem in gr eren PV Anlagen werden auch Schalteinrichtungen zur Abschaltung einzelner Strings eingese
15. Gesamtwirkungsgrad von Photovoltaik Wechselrichtern DIN EN 50524 Nennt Informationen die in PV Wechselrichter VDE 0126 13 Datenbl ttern und Typschildern enthalten sein Datenblatt und Typschildangaben von m ssen Photovoltaik Wechselrichtern DIN EN 62116 Definiert Pr fverfahren f r die Eignung von VDE 0126 2 Ma nahmen zur Abschaltung von PV Pr fverfahren f r Ma nahmen zur Wechselrichtern bei abnormalen Verhinderung der Inselbildung f r Netzspannungen Versorgungsunternehmen in Wechselwirkung mit Photovoltaik Wechselrichtern 1 3 2 2 Anforderungen an Montagesysteme F r Montagesysteme von Photovoltaik Anlagen gibt es momentan keine speziellen Normungen Anzuwenden sind stattdessen die allgemeinen Normen f r Stahl und Aluminiumtragwerke aus den Eurocodes also EN 1990 EN 1993 und EN 1999 Sie regeln Planung Bemessung und Konstruktion von Tragwerken Der Nachweis der Konformit t mit europ ischen Normen und Vorschriften der Voraussetzung f r die Verwendung des CE Kennzeichens ist wird f r Stahl und Aluminiumtragwerke in DIN EN 1090 1 geregelt Die Auslegung auf standortspezifische Umgebungseinfl sse erfolgt nach DIN 1055 Neben Wind und Schneelasten werden hier auch Temperatureinwirkungen und Einwirkungen durch Erdbeben behandelt Tabelle 1 5 Wichtige Normen und Normenreihen zu PV Montagesystemen Montagesysteme Bezeichnung DIN 1055 Gibt Lastannahmen f r verschiedene Umgebungseinfl sse
16. Hinweise auf weitere Bestimmungen Verweis auf Normen Verweis auf allgemeine Richtlinien Verweis auf TAB Technische Anschluss Bedingungen BEEREEEEEEEEEEEEBEEEEEBERT xf l d T e e ee xe Lil e A S e ff o aseee oS l d T e e a e aaan ode il d e T e l een oel i T e e f a am oil d T p e a seen S d Ciel e e f 1 aon Die Installationsanleitungen f r Wechselrichter sind deutlich umfangreicher als die anderer Komponenten Neben Anweisungen zur Montage enthalten sie auch Themen zur Bedienung und Wartung sowie Informationen zur Peripherie des Wechselrichters z B zum Fl Schalter oder zu AC Kabeln 24 Nahezu alle Hersteller fordern die Montage auf einer schwer entflammbaren oder nicht brennbaren Oberfl che geben Sicherheitsabst nde vor und empfehlen Ma nahmen zur ausreichenden W rmeabfuhr am Wechselrichter Meistens wird auch der Potentialausgleich am Generator oder eine Erdung am Wechselrichter selber behandelt Verweise auf weiterf hrende Normen und Richtlinien sind in allen Installationsanleitungen in verschiedenem Umfang vertreten Vergleichsweise gering vertreten sind Arbeitsschutzthemen Einzelne Schutzma nahmen wie die Freischaltung vor Arbeiten am Wechselrichter oder die Ber cksichtigung der Entladezeit der Kondensatoren sind den jeweiligen Arbeitsschritten vorangestellt jedoch fehlen Hinweise auf Arbeitsschutzrichtlinien Schutzausr stung und die Verwendung entsprechenden Werkzeugs meist v llig Ebenf
17. IS VEER NR pi wl WW Ekel En g0 1020 1080 1140 1200 W rmefreisetzungsrate kW Abbildung 6 W rmefreisetzungsrate Modultyp CIS Modultyp CIS Raucherzeugungsrate Wl T Um ze 11 earr d E a E gt E a D u d D 3 DE bad E ee TC VC p er x am Abbildung 7 Raucherzeugungsrate Modultyp CIS 300 Rauchgasanalyse Arsen Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid Cyanwasserstoff Chlorwasserstoff mg m Bromwasserstoff mg m Fluorwasserstoff mg m Stickstoffmonoxid Stickstoffdioxid Schwefeldioxid Formaldehyd mg m Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid 9 Formaldehyd 9 CURRENTA S gt gt 5 gt Se gt ki CO 5 5 5 5 5 Tabelle 12 Rauchgasanalyse Modultyp CIS berechnete Gesamtfreisetzung 301 CURRENTA S Brandr ckstandsanalyse Versuch 2A Versuch 2B Versuch 2C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Tabelle 14 Brandr ckstandsanalyse Modultyp CIS berechnete Gesamtfreisetzung L schwasseranalyse Versuch 2A Versuch 2B Versuch 2C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Arsen ug L Cadmium ug L Selen ug L Tabelle 15 L schwasseranalyse Modultyp CIS Messwerte g L 302 7 CURRENTA Versuch 2A Versuch 2B Versuch 2C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Tabelle 16 L schwa
18. NAE A E A E E A A E ee 13 TABELLE 1 3 WICHTIGE NORMEN ZU PHOTOVOUTAIK MODULEN 15 TABELLE 1 4 WICHTIGE NORMEN UND NORMENREIHEN ZU DN MWECHSELBICHTERN 17 TABELLE 1 5 WICHTIGE NORMEN UND NORMENREIHEN ZU PV MONTAGESYSTEMEN uuennenunnunnnseeesennnnnnnnn 18 TABELLE 1 6 WICHTIGE NORMEN ZU DC KOMPONENTEN ODER SPEICHERSYSTEMEN ssssssssenssnrserrsrersrrn 19 TABELLE 1 7 BEISPIELHAFTE INHALTE VON INSTALLATIONSANLEITUNGEN F R PV MODULE uuueesssnneennnn 20 TABELLE 1 8 BEISPIELHAFTE INHALTE VON INSTALLATIONSANLEITUNGEN F R WECHSELRICHTER ssec 22 TABELLE 1 9 BEISPIELHAFTE INHALTE VON INSTALLATIONSANLEITUNGEN F R DC KOMPONENTEN nnnnannnnn 24 TABELLE 1 10 BEISPIELHAFTE INHALTE VON INSTALLATIONSANLEITUNGEN F R BEFESTIGUNGSSYSTEME 26 TABELLE 1 11 KRITERIEN DER GEW HRLEISTUNGS UND GARANTIEBEDINGUNGEN VON MODULHERSTELLERN Ee 30 TABELLE 1 12 KRITERIEN DER GEW HRLEISTUNGS UND GARANTIEBEDINGUNGEN VON WECHSELRICHTERN edit Eer Ebert ER TABELLE 1 13 KRITERIEN DER GEW HRLEISTUNGS UND GARANTIEBEDINGUNGEN VON MONTAGESYSTEMEN eegene ER TABELLE 3 1 SCHADENSAUSMAB VON CA 210 F LLEN eeeennnennnnunnessnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnssnnnnnnnnnn 53 TABELLE 3 2 ANTEIL DER H UFIGSTEN SCHADENSBILDER AN DER GESAMTZAHL DER SCH DEN 77 TABELLE 3 3 SPEZIFISCHER BEWERTUNGSKATALOG F R DIE ANALYSE EINES DN DverEMS 101 TABELLE 3 4 BEISPIELHAFTE BEWERTUNG EINES UNVOLLST NDIG GESTECKTEN DC STECKERS eeecannnnn 103 TABELLE 3 5
19. Nichtbet tigung der DC Schalter aufgrund von Oxidation der Kontaktfl chen und Reibkorrosion durch temperaturbedingte L ngen nderungen so genanntes Fretting immer h here Kontaktwiderst nde bilden Mit den steigenden Widerst nden erh ht sich nat rlich auch die Verlustleistung damit steigt die Kontakttemperatur was wiederum die Oxidation beschleunigt Es entsteht eine Mitkopplung Schlie lich kann so eine Temperatur entstehen die hoch genug ist um den Schalter zu verschmoren oder in Brand zu setzen Das Anwachsen der Kontaktwiderst nde l sst sich durch regelm ige Bet tigung r ckg ngig machen Daher fordert einer der zahlreichen Schalterhersteller seine Schalter mindestens einmal pro Jahr zehn Mal zu bet tigen Um den Effekt der Wartungsempfehlung zu pr fen wurden erhalten gebliebene Schalter aus der oben geschilderten besch digten PV Anlage ausgebaut und im Labor auf ihre Kontaktwiderst nde vermessen Die Schalter waren vermutlich etwa sechs Jahre nicht bet tigt worden Das Ergebnis der Pr fung zeigt Bild 3 25 Go O rn in rn O ch in wesch O in Gesamtwiderstand mOhm 0 2 4 6 8 10 Anzahl Schaltzyklen Schalter6 Schalter 11 Schalter 12 Schalter 14 Bild 3 25 Gesamtwiderstand von vier Schaltern in Abh ngigkeit von der Zahl der Schaltzyklen Schalter 6 11 und 12 sind vom selben Typ Schalter 14 ist ein abweichender Typ 68 Der Kontaktwiderstand nimmt bei drei
20. Um Einzelstr nge messen zu k nnen m ssen diese separiert werden Somit sind entsprechende Einrichtungen zum Freischalten und Trennen erforderlich Oft sind Diese in Generatoranschlussk sten realisiert welche z B mit einer Lastrennschaltung und Trennklemmen oder Sicherungshalter mit Trennfunktion ausgestattet sein k nnen 23 Bild 5 37 Generatoranschlusskasten mit Lastschalter und Trennklemmen Bei Stringwechselrichtern ist die Freischaltung teilweise in den Wechselrichter integriert Eine Trennung der Str nge Strings ist hier durch Steckverbinder am Wechselrichtereingang m glich Grunds tzlich ist darauf zu achten dass nur Lastschalter oder Lasttrennschalter unter Last bet tigt werden d rfen Alle anderen Trenneinrichtungen d rfen nur lastfrei bet tigt werden blicherweise sind entsprechende Warnhinweise angebracht Die Unfallverh tungsvorschriften m ssen beachtet werden Insbesondere die BGVA3 Hinweis Durch Parallelschaltungen in Koppelk sten oder im Wechselrichter k nnen R ckspannungen anliegen Die PV Module stehen bei Einstrahlung immer unter Spannung Bild 5 38 Sicherungshalter mit Bild 5 39 Trenner mit Sicherung Bild 5 40 Lasttrennschalter Trennfunktion 238 Entsprechende Trennvorrichtungen m ssen auch auf der AC Seite vorgehalten werden Diese befinden sich meist direkt am Wechselrichter Zentralwechselrichter alternativ in Unterverteilungen Weiterhin befinden sich Schalt und Trenneinricht
21. cecsesesnanananenunnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 198 BILD 5 18 BESTIMMUNG DER LTERUNG VOR UND NACH SIMULIERTEN UMWELTBEDINGUNGEN AM BEISPIEL DES HAFTVERM GENS VON LAMINATSCHICHTEN uzruuesssuessnssnnnssnnnenennenennnnnnnsnnnnnennennnnsnnnnsnnnn nenn 198 BILD 5 19 BEISPIEL DELAMINATION NAHE EINES BUS BARS uuuesnessnnennennnnnnennnnnnnnnnennennnn nennen een 199 BILD 5 20 MESSSTELLEN ZUR BESTIMMUNG DES KONTAKTWIDERSTANDES INNERHALB DER ANSCHLUSSDOSENNORM EN 50548 2011 AT 20131 200 BILD 5 21 BERSICHT DER PROBEK RPER UND ANGEWENDETEN PR FUNGEN uuraenannannnnnnnnnnnnnnnnnennennnnn 203 BILD 5 22 LINKS FALSCHES HANDLING MIT EINDR CKEN DER ZINKEN DES GABELSTAPLERS RECHTS UNSACHGEM BER TRANSPORT VON SOLARMODULEN v uceananenunuanenennnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 204 BILD 5 23 BERSPANNUNGSSCHUTZKONZEPT F R EINE PV ANLAGE MIT UBEREM BLITZSCHUTZ MIT TRENNUNGSABSTAND S QUELLE DEHN BLITZPLANER TO 207 BILD 5 24 LINKS ERW RMTE BYPASSDIODE UND BETROFFENER RECHTER STRING RECHTS DEUTLICH ERHITZTE BYPASSDIODE IN IR BERSICHTSAUFNAHMEN MIT DROHNE IN EINER CA 5 JAHRE ALTEN FREILANDINSTALLATION FOTO TUV HHEINLAND 212 266 BILD 5 25 BRANDSCHUTZBANDAGEN K NNEN DIE WEITERLEITUNG BER BRANDMAUERN VERHINDERN FOTO OBO BETTERMANN 73 EE 215 BILD 5 26 LEITUNGSF HRUNG BER BRANDWAND UND MODULABST NDE VON BRANDWAND BZW GRUNDST CKSGRENZE QUELLE DGS BERLIN 222 2222222200000
22. Gef hrdung von Personen herangezogen 174 Durch die vorliegende ventilierte Versuchsanordnung 1m s kommt es zu einer nicht genau quantifizierbaren Verd nnung der Schadstoffkonzentration in der Abluft Bei einer groben Absch tzung des Worst Case im Falle reiner Konvektion erg be sich ungef hr die 10 fache Konzentration der gemessenen Schadstoffe im unmittelbaren Nahbereich ca 2 5 m oberhalb des Brandherdes Dies bedeutet dass wir uns in diesem Extremfall sowohl bei Cadmium als auch bei Selen im Bereich der toxikologischen Grenzwerte f r 30 min bzw 60 min Exposition bewegen Fazit Bei den Messungen zur Rauchgaskonzentration wurden f r die Komponenten CO und CO deutliche Grenzwert berschreitungen festgestellt Halogenwasserstoffe und Stickoxide lagen nicht in messbarer Konzentration vor F r die Schwermetalle Cadmium und Selen k nnen im Worst Case toxikologische Grenzwerte in unmittelbarer N he zum Emissionsort berschritten werden F r die Allgemeinheit ist keine gef hrliche Konzentration in den Rauchgasen festgestellt worden R ckstandsanalyse Dieser Abschnitt konzentriert sich auf diejenigen Boden Schadstoffe die eine besondere Relevanz f r die menschliche Gesundheit haben k nnen Dazu z hlen einerseits fl chenhafte Schadstoffeintr ge mit Risiken f r den Anbau von Nutzpflanzen und f r das Grundwasser und andererseits Bodenbeeintr chtigungen die vor allem in Siedlungsgebieten zu Gefahren f hren k nnen V
23. KORREKTES UND INKORREKTES KRIMPEN IM FELD 33 22222 00000 89 BILD 3 50 BLOCKSCHALTBILD EINER PV ANLAGE MIT DGCHAUTSTELLEN 91 BILD 3 51 GENERATORANSCHLUSSKASTEN QUELLE DGG BERN 92 BILD 3 52 PV SICHERUNG NACH NORM QUELLE GIBAI 93 BILD 3 53 EINZELTEILE EINES STRINGSWECHSELRICHTERS IO 94 BILD 3 54 EINZELTEILE EINES STRINGSWECHSELRICHTERS IO 95 BILD 3 55 BEISPIEL EINES ZENTRALWECHSELRICHTERS IN EINEM SCHALTSCHRANK sssssssssrisssserrrrrrnseseen 95 BILD 3 56 AUFBAU UND THERMOGRAFIE EINES HOCHEFFIZIENTEN PV WECHSELRICHTERS MAXIMAL GEMESSENE TEMPERATUR 604 38 2 u 22 2 98 BILD 3 57 BAUGRUPPEN FUNKTIONEN MIT EINER RPZ gt 10 103 BILD 3 58 BAUGRUPPEN FUNKTIONEN MIT EINER RPZ lt TD 104 BILD 3 59 BAUGRUPPEN FUNKTIONEN MIT EINER RPZ gt 150 UND L SUNGSVORSCHLAG MIT JEWEILS KEEINSIFRIRPZ EE 105 BILD 4 1 FEURWEHR EINSATZ BEI EINEM PV BRAND AUF EINEM WOHNGEB UDE HIER 2008 IN BREMEN BIEDEWWWIFEUERWEHR DE nassen 110 BILD 4 2 ZEIT STROMST RKEBEREICHE MIT WIRKUNGEN VON GLEICHSTR MEN AUF PERSONEN BEI L NGSDURCHSTR MUNG QUELLE DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 1 2007 5 120 BILD 4 3 ZEIT STROMST RKEBEREICHE MIT WIRKUNGEN VON WECHSELSTR MEN 15 100 HZ AUF PERSONEN BEI L NGSDURCHSTR MUNG QUELLE DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 1 DO Dee ee Leere 120 BILD 4 4 GESAMTK RPERWIDERSTAND QUELLE BILD BRIESELANG NET unnnnneeennnenennnnnnnnnnnnnnneeenenn
24. Um ein gr tm gliches Ma an Risikoreduzierung der Transportsch digung zu erzielen gilt es leistungs und sicherheitskritische Einflussfaktoren zu vermeiden Die angesprochenen Sch den an R ckseitenfolien Kratzer Materialabl sungen sind in der Praxis entdeckt worden und stellen ein bereits vor dem Betrieb der Anlage erhebliches Risiko dar verursacht durch Transport und Handlingfehler bzw unzureichende Verpackungen Daher wird empfohlen nur qualifizierte Verpackungen einzusetzen die z B nach dem internationalen Standard IEC 62759 1 zertifiziert sind Innerhalb dieser Norm werden Verpackungen auf ihre Tauglichkeit im Transporteinsatz von PV Modulen untersucht 205 5 3 Sicherer Anlagenbetrieb 5 3 1 Verhinderung der Entstehung von Lichtb gen berhitzungen Auswahl und Dimensionierung von Komponenten Um Brandf llen vorzubeugen ist es wichtig Lichtb gen und lokale berhitzungen in der PV Anlage zu vermeiden Hier muss der Fokus bei Komponentenauswahl Planung Installation und Wartung trotz des vorhandenen Preisdrucks auf bestm gliche Qualit t gelegt werden Es ist wesentlich wahrscheinlicher dass ein Lichtbogen in einem schlecht ausgef hrten PV System entsteht als in einer qualitativ hochwertigen Anlage Sowohl von Seiten der Komponentenhersteller als auch bei Planern und Installationsfirmen sollten entsprechende Ma nahmen getroffen und Vorgaben beachtet werden 5 3 1 1 Auswahl geeigneter Komponenten Der erste Schr
25. Versuchsreihen gezeigt haben Die Wasserwurfeigenschaften und damit die Leitf higkeiten eines L schstrahls differieren bei den getesteten Strahlrohren CM Mehrzweck und C Hohlstrahl Mit Hochgeschwindigkeitskameras konnten die Zerfallseigenschaften der Tropfen bei Austritt aus versch Strahlrohren beobachtet werden Hieraus l sst sich ableiten dass die Leitf higkeitseigenschaften und Messungen nicht auf alle Rohre zu pauschalieren sind Eine Erg nzung der neuen Norm durch eine geeignete elektrische Pr fung der Strahlrohre ist sinnvoll und sollte vom entsprechenden Normungsgremium diskutiert werden Empfehlung f r die Normung Innerhalb DIN EN 15182 ist eine elektrische Pr fung f r Strahlrohre nicht mehr vorgesehen F r die Charakterisierung der Hohlstrahlrohre sind Einzelnachweise bez glich ihrer elektrischen Eigenschaften aber notwendig wie die o g Versuchsreihen gezeigt haben Eine Erg nzung der neuen Norm durch eine geeignete elektrische Pr fung der Strahlrohre ist sinnvoll und sollte vom entsprechenden Normungsgremium diskutiert werden 4 5 2 Elektrische Sicherheitssituation bei Einwirkung von Kunstlicht Versuchsreihen am Photovoltaikinstitut der Fachhochschule Bern mit Unterst tzung durch die Feuerwehr haben gezeigt dass durch Scheinwerferlicht z B durch nahe der PV Anlage positionierte Einsatzstrahler der Feuerwehren oder des Technischen Hilfswerks bei einem n chtlichen Einsatz grunds tzlich Gleichstr me in si
26. Wird der Wechselrichter am Geb udeeintritt installiert ist insbesondere auf die Einhaltung der Brandabschnitte zu achten und entsprechende Brandschottungen vorzunehmen 3 Gegen Ber hrung gesch tzte und feuerwiderstandsf hige Verlegung von PV DC Leitungen im Geb ude 1 Meter ber den Handbereich von Personen ohne Hilfsmittel Leiter etc und Verlegung auf Kabeltragesystemen nach DIN 4102 12 Bei dieser Verlegungsart ist das Kabeltragesystem in den Funktionspotentialausgleich mit einzubeziehen Prinzipiell ist f r die DC Leitungsinstallation ein ungesch tzter Bereich von bis zu einem Meter um den PV Generator auf dem Dach und um den Wechselrichter im Geb ude zul ssig und in der Dokumentation f r Einsatzkr fte entsprechend zu kennzeichnen Nichtabschaltbare DC Leitungen im Geb ude k nnen entsprechend der Musterleitungsanlagen Richtlinie Unterputz mit mindestens 15 mm dickem mineralischem Putz verlegt werden Die Verlegung kann auch in Installationssch chte und kan le aus nichtbrennbaren Baustoffen mit einer Feuerwiderstandsf higkeit von mindestens F30 erfolgen Wenn die baulichen Installationsma nahmen nicht umgesetzt werden k nnen muss eine der folgenden technischen Installationsma nahmen realisiert werden 1 die Installation eines DC Freischalters mit Fernausl sung zum Freischalten der DC Hauptleitung im Geb ude bzw zum Freischalten der Modulstr nge oder 2 dem Einsatz von Modulabschalteinrichtungen di
27. berschtreitender Konzentration ETZW Werte gerechnet werden Abh ngig von den jeweils verwendeten Kunststoffen k nnen hochtoxische und tzende Bestandteile z B Flusss ure HF entstehen Gefahr Vergiftung Ver tzung Risikoma zahl 4 Schutzziel Verd nnung der Schadstoffkonzentrationen Verhinderung des Einatmens und des Hautkontakts Schutzkleidung und Atemschutz Bemerkung Auch bei Geb udebr nden ohne PV entstehen toxische Brandgase Durch den Brand von PV Komponenten entsteht ein additiver Beitrag Die Auswirkungen werden hier als lediglich gering betrachtet da davon ausgegangen wird dass die Einsatzkr fte PSA tragen 4 4 2 Mechanische Besch digung von elektrischen Speichern Akkus Bei mechanischer Besch digung von Speicherzellen kann es einerseits zum Austritt von fl ssigen Chemikalien kommen und andererseits bei Lithium lonenspeichern ist das Risiko eines thermischen Durchgehens des Speichers vorhanden Dabei werden neben einer gro en Hitzeentwicklung mit einer Stichflamme oder gar Explosion giftige und tzende Stoffe in die Umgebung geblasen Dies ist insbesondere bei der h ufig anzutreffenden Einbausituation in Kellerr umen von Bedeutung wo f r eine ausreichende Entl ftung zu sorgen ist Eine Bewertung mittels Risikoma zahl erfolgt an dieser Stelle nicht Die speziellen Risiken im Schadensfall durch elektrische Speicher werden im Rahmen eines weiteren Forschungsprojektes unter Federf hrung von T V Rheinl
28. e Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie http www dgs de e Bundesverband Solarwirtschaft http www solarwirtschaft de Leitfaden zur Planung und Errichtung von Photovoltaikanlagen und weitere Fachpublikationen http www dgs berlin de de publikationen photovoltaikleitfaden html e Bundesnetzagentur hitp www bundesnetzagentur de Anlagenregister Photovoltaik http www bundesnetzagentur de cin 1411 DE Sachgebiete ElektrizitaetundGas Unternehme n_Institutionen ErneuerbareEnergien Anlagenregister Anlagenregister _ node html 260 IV Umfrage Die Umfrage zur Erfassung von berhitzungs und Brandf llen im Zusammenhang mit PV Anlagen ist weiterhin online geschaltet Die Daten werden auch in 2015 aufgenommen Wir bedanken uns f r Ihre Unterst tzung Sie erreichen den Online Fragebogen unter http www pv brandsicherheit de 261 V Abbildungsverzeichnis BILD 1 1 NETZGEKOPPELTE PV ANLAGE MIT DIREKTEINSPEISUNG eennnnnnnnnnnnnnnnnnnnneseeeessnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 9 BILD 2 1 STABILER DC LICHTBOGEN ZWISCHEN KUPFERELEKTRODEN FOTO T V RHEINLAND anna 38 BILD 2 2 LICHTBOGEN Z NDGRENZE ERMITTELT AUF DER BASIS VON KUPFERELEKTRODEN QUELLE T V RHEINLAND SS ss ee re ee er er es ee a m ae ee ee 39 BILD 2 3 VERSCHIEDENE M GLICHKEITEN DER LICHTBOGENL SCHUNG 4 22 22 022 22 40 BILD 2 4 U I KENNLINIE EINES AKTIVEN LINEAREN ZWEIPOLS UND EINES PV GENERATORS UND DIE LICHTBOGEN Z NDGRENZLIN
29. f hrt ein Ausfall einer Bypassdiode zu keiner Beeintr chtigung des PV Systems Allerdings ist die durch die Diode ausge bte Schutzfunktion nicht mehr gegeben Eine Verschattung f hrt dann zu einer starken Erhitzung der betroffenen Modulbereiche und zu einem wesentlichen Ertragsverlust Aus Brandschutzsicht schwerer wiegt aber dass beim zus tzlichen Auftritt einer Unterbrechung des Strompfades im Modul z B B ndchenabriss Mikrorisse die Entstehung eines Lichtbogens recht wahrscheinlich wird Durchlegierte dauerhaft leitende Bypassdioden k nnen bei der Wartung mithilfe einer Infrarotkamera ab ca 300 W m Einstrahlung aufgrund einer leicht h heren Temperatur des betroffenen Modulabschnitts entdeckt werden s Bild 5 24 212 Bild 5 24 Links Erw rmte Bypassdiode und betroffener rechter String Rechts Deutlich erhitzte Bypassdiode in IR bersichtsaufnahmen mit Drohne in einer ca 5 Jahre alten Freilandinstallation Foto T V Rheinland Eine weitere einstrahlungsunabh ngige und zuverl ssige Detektionsmethode ist die vergleichende Messung der Leerlaufspannungen der einzelnen Strings Der brandschutzrelevantere Fall der teilleitenden bzw offenen Bypassdioden hingegen ist schwerer aufzufinden Falls die PV Anschlussdioden mit einer Infrarotkamera untersucht werden k nnen l sst sich eine teilleitende Bypassdiode anhand ihrer deutlich erh hten Temperatur identifizieren Bild 5 24 re Auch hier gibt es Vorschl ge f
30. gem etwas h here Str me als bei Verwendung von Wasser 130 Diskussion der Ergebnisse Bei beiden Strahlrohren gab es bei der gr eren Entfernung von 5 m Abstand zur spannungs f hrenden Elektrode z T deutlich gr ere Messwerte f r die Ableitstr me als erwartet Die Vermutung liegt nahe dass im praktischen Versuchsaufbau begr ndete Fehlerstr me auftraten und mit gemessen wurden Besondere Aufmerksamkeit wurde daher m glichen Fehlerquellen Bypass Funktion gewidmet 1 Mit fortschreitender Versuchszeit bildete sich am Boden Asphalt eine durchg ngige Wasserfl che durch abgelaufenes L schwasser 2 Zunehmend heftiger Regen w hrend der Messungen durchn sste zus tzlich die gesamte Versuchsanordnung sodass die angestrebte isolierte Aufstellung der Elektrode und des Strahlrohres nicht mehr gew hrleistet werden konnte 3 Das Anspritzen der Elektrode Lochblech bewirkte einen teilweisen Ablauf des L schwassers am Blech entlang zum Boden so dass hier eine unter Umst nden niederohmige Verbindung aufgebaut werden konnte 4 Je gr er der Spr hwinkel d h je weiter aufgef chert der Wasserstrahl die Lochblech Elektrode erreichte desto mehr leitf hige Wasserbahnen bildeten sich aus Bild 4 14 Ablaufendes Wasser bildet leitf hige Bahnen zum nassen Boden hier Vollstrahl Bild 4 15 Ablaufendes Wasser bildet leitf hige Bahnen zum wasserbedeckten Boden hier Spr hstrahl 131 Es muss daher davon ausgeg
31. hrleistung Produktgarantie ab Werk Produktgarantie kostenpflichtig Garantienehmer Endkunde Ersterwerber Material und Verarbeitungsfehler Minderleistung Optische Fehler Leistungen N Reparatur E E E bernahme Austauschkosten Restwerterstattung Ertragsausfall durch Minderleistung kompensieren Bedingungen Installation laut Installationsanleitung Fachgerechte Montage Normale Anwendung Regelm ige Wartung Haftungsausschluss bei H here Gewalt berspannung Netzr ckkopplungen Verst e gegen g ngige Vorschriften G A Di G LU CH Se LS O Q E SE Nur bei einigen Produktreihen 33 Um die Garantie in Anspruch nehmen zu k nnen muss der Wechselrichter fachgerecht montiert und betrieben werden Auf die Installationsanleitung verweisen dabei aber nicht alle Hersteller stattdessen wird h ufig auf g ngige Vorschriften haupts chlich die des VDE verwiesen Keine Anspr che bestehen bei Sch den die durch h here Gewalt und berspannungen verursacht wurden Ausgenommen von der Garantie sind meist auch Verschlei teile wie Filter oder Varistoren Bez glich der Anforderungen an die Wartung gibt es gro e Unterschiede zwischen den verschiedenen Herstellern W hrend einige von ihnen berhaupt keine expliziten Bedingungen stellen fordern andere lediglich einen fachgerechten Betrieb des Wechselrichters Wieder andere nennen sogar konkrete Ma nahmen z B die Reinigung der Luftf
32. n n nicht nachweisbar n e nicht ermittelt 293 CURRENTA S 4 1 Modultyp c Si W rmefreisetzung Rauchentwicklung und Besch digung des Pr fk rpers RE Ee Ka Ka E Gesamte W rmefreisetzung kJ 7631 m s Maximale Raucherzeugungsrate BE Durchschnittliche Raucherzeugungsrate m s O m Gesamte Raucherzeugung Anfangsmasse des Pr fk rpers 0 12 0 03 41 Restmasse des Pr fk rpers 9 Massenverlust 9 Massenverlust Masse der Brandr ckst nde g Verbrannte Masse 9 0 54 Zerst rte Fl che m bf Die Raucherzeugung wird m angegeben d h der Fl che die alle Rauchpartikel auf eine 2 dimensionale Ebene projiziert einnehmen w rden Tabelle 3 Brandtechnologische Kennwerte Modultyp c Si 294 CURRENTA S Modultyp c Si W rmefreisetzungsrate EEE EEE Erz W rmefreisetzungsrate kW Abbildung 4 W rmefreisetzungsrate Modultyp c Si Modultyp c Si Raucherzeugungsrate E PI G gt E b Ir K oi D d Ed A VE III Ari ES l k ee Zeit 5 Abbildung 5 Raucherzeugungsrate Modultyp c Si 295 Rauchgasanalyse Arsen Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid Cyanwasserstoff Chlorwasserstoff mg m Bromwasserstoff mg m Fluorwasserstoff mg m Stickstoffmonoxid Stickstoffdioxid Schwefeldioxid Formaldehyd mg m Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid 9 Forma
33. nden brandausl send sein k nnen Nach berspannungen z B Blitzschlag f llt eine Bypassdiode typischerweise durch nicht perfekten Kurzschluss oder erh hten R ckstrom teilleitend aus Dies hat einen Ertragsverlust zur Folge die Schutzfunktion ist aber nicht unbedingt beeintr chtigt Allerdings kann sich durch andauernden hohen Stromfluss durch die Diode die Alterung und damit die Lichtbogengefahr an den Kontaktstellen erh hen Das Risiko von Bypassdioden ist vielfach in der Langzeitbelastung zu sehen Regelm ige und andauernde Abschattungen sorgen f r gesteigerte W rmeentwicklung der Dioden mit entsprechend forcierten Alterungsmechanismen Schottky Dioden verringern zwar die W rmeentwicklung sind aber daf r empfindlicher hinsichtlich berspannungsereignissen Neuartige diodenlose Schutzschaltungen sogenannte Aktive Bypassdioden oder Smart Bypass Diodes k nnen dieses Problem deutlich abmildern Bei diesen Produkten wird die Diode durch einen MOSFET ersetzt der im angesteuerten Zustand einen Durchlasswiderstand von nur wenigen Milliohm hat so dass der Spannungsabfall ber ihm bei einem Strom von z B 10 A nur einige 10 Millivolt betr gt gegen ber etwa 400 600 mV bei konventionellen Dioden Damit sinkt auch die W rmeentwicklung um einen Faktor 5 10 so dass die o g Probleme nicht mehr auftreten Weiterhin verf gen Aktive Bypass Dioden ber einen integrierten berspannungsschutz und sind damit um ei
34. re Ferner ist der Wiring Compartment Test definiert bei dem mit 89N in verschiedenen Richtungen an den Anschlusskabeln gezogen wird Unter diesen Belastungsanforderungen liegt der Robustness of termination Test aus der IEC 61215 resp IEC 60068 2 21 bei dem mit weniger als 40 N an den Anschlusskabeln gezogen wird In den aktuellen Normungsdiskussionen zur Edition 3 der IEC 61215 soll der Test auch an Handling Situationen in der Praxis angepasst werden mit Belastungen in Abh ngigkeit der Leiterquerschnitte bis 155N bei 55mm Leiterquerschnitt Ebenso wird eine Torsionspr fung integriert die ein Verdrillen von Leitungen w hrend der Installation simulieren soll Ferner soll mit der Folgeedition auch eine Untersuchung der Haltekraft der Anschlussdose angewendet werden mit 40N f r 30min wodurch die 200 Klebung bzw Haftverbindung zur R ckseitenfolie belastet wird Das Pr fergebnis wird in Abh ngigkeit der Isolationseigenschaften Kriechstrecken bewertet Bei nat rlichem vertikalen Zug bedingt durch das Gewicht der Leitungen und Stecker liegt das Gewicht nur bei wenigen Gramm Die existierenden Pr fungen beziehen sich auf die ausreichende Haltekraft von Verschraubungen oder dauerhaften Verbindungen zwischen Anschlussdose und Modulkabel aber auch auf die Haltbarkeit der Haftverbindung zwischen Anschlussdose und R ckseitenfolie Aus den o g Pr fsequenzen bietet die IEC Pr fnorm anwendungsorientierte Definitionen u
35. zwischen EVA und R ckseitenfolie Peel off force N cm Bild 5 18 Bestimmung der Alterung vor und nach simulierten Umweltbedingungen am Beispiel des Haftverm gens von Laminatschichten 199 Die Haftkraft wird durch Alterungserscheinungen beeinflusst Durch Umwelteinfl sse wird die R ckseitenfolie spr de Dies f hrt neben einer Reduzierung der Isolationseigenschaften auch zu einer beschleunigten Kontaktalterung Um die Qualit t der Laminatg te zu bestimmen k nnen hierzu grundlegend die folgenden mechanischen Eigenschaften herangezogen und untersucht werden e _Spannungs Dehnungs Diagramm vor und nach Alterung e Streckgrenze und Zugfestigkeit e Ver nderung des E Moduls Bild 5 19 Beispiel Delamination nahe eines Bus Bars F r die Haltekraft von Anschlussdosen gilt nach g ltigen Normen z B innerhalb der UL 1703 Standard for flat plate photovoltaic modules dass die Anschlusskabel innerhalb des Wiring Compartment tests mit dem maximalen Gewicht des Moduls gepr ft werden mindestens aber mit 155 N Das kommt einer Belastung gleich die entst nde wenn durch eindeutig falsches Handling in der Praxis Module unsachgem auf dem R cken transportiert werden und dabei an den Anschlusskabeln gehalten werden ber diese hohe Haltekraft l sst sich sicher diskutieren Denn richtig ist dass eine Belastung in der Praxis nur durch ungeschultes Installationspersonal erkl rbar w re was trotz Pr fung zu vermeiden w
36. 09 H1 500 W 0 08 H2 1 000 W H3 1 000 W H4 1 000 W H7 1 500 W 1400 1600 Bild 4 22 Lichtspektrum bei Halogenstrahlern verschiedener Hersteller und verschiedener Leistungsklassen Demgegen ber ist die spektrale Empfindlichkeit der verschiedenen im Markt befindlichen Modultechnologien zu betrachten Bild 4 23 und mit den ermittelten Lichtspektren der Scheinwerfertechnologien zu berlagern Das Ergebnis aller Kombinationen von Scheinwerfertypen und Modultypen ist in Bild 4 24 dargestellt Nom AM1 5 a Si De CDI mono CD Hei Spectral Response Wawelengih nm Bild 4 23 Spektrale Empfindlichkeit verschiedener Modultechnologien 143 m H2 m H3 u H7 u HM5 LED9 LED10 Xenon m LSI lt q E te ii d La _ A Ah db A a Si CIS Ci G S CdTe Zelltechnologie Bild 4 24 Erzeugte Kurzschlussstr me bei verschiedenen Kombinationen Scheinwerfertyp Modultyp Als Resultat wurde entsprechend obiger Zusammenstellung die Worst Case Paarung Halogenstrahler kristallines Modul ermittelt also gerade die Paarung die in der Einsatzpraxis aktuell am h ufigsten anzutreffen ist Die Ergebnisse zeigen auch auf dass der zuk nftig zu erwartende verst rkte Einsatz von LED Scheinwerfern das Gefahrenpotenzial deutlich verringern wird Obwohl die CIGS Technologie eine ebenso gro e spektrale Breite aufnehmen kann sind die gemessenen
37. 3 5 1 2 Modulanschlussdose Neuere Untersuchungen haben ergeben dass die Verbindung zwischen Kontaktklemme und Anschlussleitung in der Modulanschlussdose besonderer Aufmerksamkeit bedarf Aufgrund der Konstruktion steht hier gen gend Kontaktmaterial zur Verf gung um einen Lichtbogen dauerhaft stabil zu halten Dar ber hinaus ist mit dem Dosenmaterial welches im Allgemeinen aus Kunststoff besteht brennbares Material in r umlicher N he vorhanden Ein m gliches bergreifen des Lichtbogens auf die Umgebung muss in Betracht gezogen und das Risiko als hoch eingestuft werden 82 Bild 3 43 Anschlussdose nach Lichtbogen zwischen Anschlussleitung und Anschlussklemme 5 Die rote Leitung zwischen den beiden Klemmen in Bild 3 43 dient zur berbr ckung des bereits durch fr here Tests defekten Moduls Der Lichtbogen trat bei der linksseitigen Leitung auf Die Auswirkungen eines Brandes in einer Modulanschlussdose k nnen also betr chtlich sein Ob aber berhaupt ein Brand entstehen kann h ngt von mehreren Faktoren ab 1 Stabilit t der Verbindungen und der Zugentlastung 2 Korrosionsschutz Dichtigkeit 3 W rmeableitung in der Anschlussdose Bypassdioden 4 Brandrelevante Materialeigenschaften 5 Blitz und berspannungsschutz Um eine Absch tzung der tats chlichen Brandgefahr vorzunehmen soll an dieser Stelle ein berblick ber die auf dem Markt befindlichen typischen Konstruktionen und Materialien gegeben werden
38. 5 m kW 2 mit d minimaler Abstand zwischen Scheinwerfer und Modulfl che Paut Summe der aufgenommenen Strahlerleistung in kW Bei einer Strahlerleistung von A kW ist demnach ein Abstand von 10 m 4 kW 1 5 m kW 16 m einzuhalten In nachfolgender Tabelle sind die Mindestabst nde nach obenstehender Formel f r einige typischerweise eingesetzte Einsatzstrahler Leistungen aufgef hrt Tabelle 4 13 Beispiele f r empfohlene Mindestabst nde f r h ufig eingesetzte Strahlerleistungen 2 13 4 16 6 19 8 22 4 5 2 4 Bewertung der Zul ssigkeit bzw Sicherheitsfaktoren In die Berechnungsformel wurde eine zus tzliche Sicherheit einbezogen d h alle realen Messwerte liegen tats chlich unter den mit der Formel errechneten Abst nden Weiterhin wurden aufgrund bewusst gew hlter Worst Case Bedingungen zus tzliche Sicherheiten eingesetzt siehe Tabelle 4 14 146 Tabelle 4 14 Sicherheitsfaktoren zur Bewertung der Versuchsergebnisse Kombinationen der kritischsten Wahrscheinlich da aktuell weit verbreitet Scheinwerfertechnologie verwendet Wird eventuell zunehmend durch unkritische LED Technologie ersetzt Kritischste Modultyp verwendet Wahrscheinlich da am weitesten verbreitet Isc der verwendeten Standard Module 4 7 A Entsprechend Entwicklung leistungsf higer Zellen Module wird dieser sich erh hen Senkrechte Einstrahlung auf Modulfl che Sehr unwahrscheinlich Maximale Lichtverteilungshomogenit t Nicht m gli
39. 6 4 Einsatzvorgabe bei berflutung der PV Anlage Explosionsgefahr uccaaaaeeeeaeeeenaneeennnneennneeennneeennnnnn 250 7 Zusammenfassung und Ausblick esessesessesessecsssecsssecsssecsesecsesecsssecseseosesecsesecssseoseseosesecsesecseseoseseceeseoe 251 E E TEEN 254 I Liste der Fachver ffentlichungen aus dem Projekt ssessesseunnennennnnnnunnunnnnnnunnunnnnnnunnsnnnnnnunnennennne 254 IS Dokumentendownl03d n Eed EE 258 IL UE EE 259 IV Big 260 EE e D OT e TEE 261 VI Tabellenverzeichnis an ensure 267 VIL AbK rzungsverzeichnis u a Aae E 269 VII ZUiter turverzeichnis sdraio aa A T A 271 IX ET WE 277 a EMEA eet 278 b Laborversuche Emissionen DV AModule 288 G E ere EE 308 Einf hrung Das Stromeinspeisungsgesetz und Erneuerbare Energien Gesetz EEG haben insbesondere in den Jahren 2005 bis 2012 zu einem Boom bei der Errichtung von Photovoltaikanlagen PV Anlagen in Deutschland gef hrt Die installierte Leistung von Solarstromanlagen wuchs im Zeitraum von 2007 bis 2010 j hrlich um mehr als 60 Die gro e Nachfrage nach PV Modulen und Wechselrichten bewirkte eine rasche Zunahme der Hersteller von Photovoltaikkomponenten weltweit Installationsfirmen konnten nur mit massiver Unterst tzung von Hilfskr ften die Anfragen nach Errichtung von PV Anlagen realisieren Zum Jahresende kam es aufgrund der Stichtagsregelung des EEG zu Engp ssen in der Errichtung und dem Anschluss der Anlagen Die Qualit t de
40. 62093 VDE 0126 20 BOS Bauteile f r photovoltaische Systeme Bauarteignung nat rliche Umgebung DIN EN 61427 1 VDE 0510 40 Wiederaufladbare Zellen und Batterien f r photovoltaische Energiesysteme Allgemeine Anforderungen und Pr fverfahren DIN EN 62509 VDE 0126 15 Leistung und Funktion von Photovoltaik Batterieladereglern Stellt Anforderungen an die mechanische und elektrische Belastbarkeit von PV Steckverbindungen und definiert Pr fungsverfahren f r die Zulassung Enth lt Anforderungen zur Bauarteignung von Solarbatterien und deren Laderegler Ausrichtung auf Bleiakkumulatoren Anforderungen an Solarakkus in Off Grid Anwendungen unabh ngig von der Zelltechnologie Enth lt elektrische Anforderungen an PV Batterieladeregler mit Ausrichtung auf Bleibatterien 20 1 3 3 Installationsanleitungen der Hersteller Die Hersteller der Systemkomponenten geben die Anforderungen an die Montage und Inbetriebnahme ihrer Produkte in Form von Installationsanleitungen heraus Tabelle 1 7 Diese umfassen neben technischen Produktinformationen und Montageanleitungen auch Verweise auf relevante Normen und Bestimmungen sowie Gew hrleistungs und Garantiebedingungen Festgestellte starke Unterschiede zwischen den Herstellern im Umfang und der Beschreibungstiefe der Installationsanleitungen belegen dass diese allein h ufig nicht zur technisch korrekten Errichtung einer PV Anlage ausreichen 1 3 3 1 PV
41. Ableitstr men beim L schen Bild 4 18 Messung von Ableitstr men L schen mit unter Spannung stehender elektrischer Anlagen Schaum unter Spr hstrahleinstellung Versuche auf Versuche auf dem Gel nde der OVAG in 2014 dem Gel nde der OVAG in 2014 Kooperationsprojekt OVAG und vfdb Fazit Alle aktuell bekannten Messreihen zu dieser Thematik ergaben sehr geringe bis unkritische Ableitstr me ber den L schstrahl im Bereich unter 25 mA Bei Einhaltung der empfohlenen L schabst nde entsprechend DIN VDE 0132 von 5 m bei Vollstrahl und 1 m bei Spr hstrahl treten bei Verwendung des L schmittels Wasser keine gef hrlichen Ableitstr me f r die Einsatzkraft auf 4 5 1 7 Elektrische Eigenschaften der Einsatzkleidung Bei dieser Versuchsreihe wurde die additive Schutzwirkung der Einsatzkleidung gegen elektrischen Schlag untersucht Dabei wurde eine direkte Ber hrung einer spannungsf hrenden DC Leitung simuliert Die gebrauchte Einsatzkleidung wurde sowohl im trockenen als auch im nassen Zustand gepr ft 133 Versuchsaufbau Mit einer lebensgro en Puppe Dummy 75 kg schwer wurde der menschliche K rper simuliert Der Dummy wurde mit einer elektrisch leitenden Aluschicht berzogen und mit Messkontakten versehen Die K rperwiderst nde f r die unterschiedlichen Stromwege wurden ber eine Widerstandsplatte eingestellt und die Puppe anschlie end mit einer kompletten Feuerwehr Schutzkleidung bekleidet Der Dummy stand auf einer geerd
42. Anforderungen an Temperaturpr fung der Bypass Dioden IEC 61215 oder IEC 61646 einhalten Die Einrichtung zum Modulabschalten kann ein Halbleiterschalter sein ohne Trennfunktion wenn bei den typischen Ausfallmechanismen eine Abschaltung sichergestellt werden kann F r die genannten Abschalteinrichtungen m ssen weitere Anforderungen z B angepasste Lebensdauerpr fungen definierte Ausfallwahrscheinlichkeit noch in einer Produktnorm_ festgelegt werden Tabelle 5 4 bersichtsschema der Brandschutzma nahmen der VDE AR 2100 712 Kennzeichnung und Dokumentation 1 Kennzeichnung der PV Anlage am Hausanschlusskasten bzw Geb udehauptverteilung durch ein Hinweisschild 2 bersichtspl ne f r Einsatzkr fte 3 Erg nzung bestehender Feuerwehrpl ne und bauliche Installationsma nahmen oder technische Installationsma nahmen 1 Gegen Feuer gesch tzte Verlegung der nichtabschalt 1 Einrichtungen zum Trennen des Strangs oder baren DC Leitungen im Geb ude des PV Generators oder oder 2 Verlegung des DC Bereichs einer PV Anlage 2 Einrichtungen zum Abschalten des PV Moduls au erhalb des Geb udes oder 3 Gegen Ber hrung gesch tzte und feuerwiderstands Anmerkung Anforderungen an die Einrichtungen m ssen noch in f hige Verlegung Produktnormen festgelegt werden 5 3 4 Freifl chenanlagen Bei der Planung muss auf eine geeignete Zuwegung f r die Feuerwehr geachtet werden Dabei sollten Schneisen zwischen den Gen
43. BEISPIELHAFTE BEWERTUNG UNTERSCHIEDLICHER VERBESSERUNGSMABNAHMEN unnnnnnnnnn 104 TABELLE 4 1 GEFAHRENMATRIX DER FEUERWEHR F R EINS TZE AN DV ANLAGEN 108 TABELLE 4 2 RISIKOMATRIX DER FEUEDWEHR r tunnan EEE EEEERAAAEEEEEE Ennan nn nnnEnn 109 TABELLE 4 3 RISIKOGRUPPEN UND HANDLUNGSBEDARF nnnnnnnnnnnnnnnsssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnen 109 TABELLE 4 4 GRENZWERTE F R L NGER ANDAUERNDE DGTBOMBELAGTUNG 121 TABELLE 4 5 AUSGEW HLTE WERTE DER K RPERIMPEDANZ BEI STROMFLUSS VON HAND ZU HAND IN ABH NGIGKEIT VON DER BER HRUNGSSPANNUNG DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 Eesebuer 122 TABELLE 4 6 RICHTWERTE F R MINDESTABST NDE IM NIEDERSPANNUNGSBEDEICH 123 TABELLE 4 7 TROCKENE KLEIDUNG HAND F RE esssssssssseesssrrrrnrnenssrnnrnirunnarnntrittnnnannnnttknnnnanntnrnennnnnnnnnenn 134 TABELLE 4 8 TROCKENE KLEIDUNG HAND HAND 134 TABELLE 4 9 NASSE KLEIDUNG HAND F B 2 ea 135 TABELLE 4 10 NASSE KLEIDUNG HAND HAND 135 TABELLE 4 11 NASSE KLEIDUNG OHNE STIEFEL ueeeneennnesesnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnnn 135 TABELLE 4 12 VERSUCHSERGEBNISSE ZU VERSUCH 2 138 268 TABELLE 4 13 BEISPIELE F R EMPFOHLENE MINDESTABST NDE F R H UFIG EINGESETZTE STRAHLERLEISTU NGEN 2a ea I sr I ee 145 TABELLE 4 14 SICHERHEITSFAKTOREN ZUR BEWERTUNG DER VERSUCHSERGEBNISSE eeeeeesseeseeeeeeennennn 146 TABELLE 4 15 WESENTLICHE ZUSAMMENSETZUNG VON PV KOMPONENTEN zueesessssssssssss
44. Die Verwendungs bzw Warnhinweise auf den L schger ten sind zu beachten Wenn CM Strahlrohre ohne Mundst ck oder andere Mehrzweckstrahlrohre verwendet werden m ssen die Abst nde gem VDE 0132 vergr ert werden z B bei BM Mehrzweckstrahlrohren auf den Mindestabstand von 5 m Zum Verst ndnis dieser normativen Einschr nkungen wird der Aufbau des Vollstrahls betrachtet Bei einem Vollstrahl werden drei Zonen unterschieden Bild 4 5 Der Bereich des kompakten Wasserstrahls unmittelbar nach dem Austritt des L schmittels wird als Stabzone bezeichnet Im anschlie enden Bereich der Entfaltungszone l st sich der Strahl in kleine Tr pfchen auf Erreicht er die Qualit t von elektrisch getrennten einzelnen Tr pfchen sprechen wir von der Spr hzone die f r das menschliche Auge immer noch kompakt erscheint 124 Stabzone Entfaltungszone Spr hzone Bild 4 5 Schematischer Spr hstrahlaufbau eines Mehrzweckstrahlrohres Die Richtwerte f r die Strahlrohrabst nde wurden so gew hlt dass beim L schen die spannungsf hrenden elektrischen Anlagenteile nur von der Spr hzone getroffen werden und damit aufgrund der Tr pfchenbildung keine durchg ngige Leitungsbahn vorhanden ist Somit besteht keine Gefahr durch gef hrliche Ableitstr me f r die Einsatzkraft Je nach technischer Ausf hrung des Strahlrohrs ver ndert sich die L nge der beschriebenen Entfaltungszone und der dadurch einzuhaltenden L schabst nde Das Pr fverf
45. EHI LIT EEE Wasserabfluss Hinweise auf weitere Bestimmungen Verweis auf Normen Verweis auf Arbeitsschutzrichtlinien Verweis auf allgemeine Bestimmungen 27 Im Umfang der Montageanleitungen gibt es nur geringe Unterschiede nur ein Hersteller stellt neben Angaben zu seinem System auch Informationen zu z B Modulausrichtung und Kabelf hrung bereit Auf die Normen zur Auslegung der Befestigungstechnik verweisen fast alle Anleitungen Oft genannt werden DIN 1055 Einwirkungen auf Tragwerke DIN 4113 zu Aluminiumkonstruktionen DIN 18800 zur Bemessung von Stahlbauten und DIN 4102 zum Brandverhalten von Baustoffen Dar ber hinaus erw hnen einige Montageanleitungen auch die landesspezifischen Baubestimmungen Landesbauordnungen 1 3 4 Installationsanforderungen der Verteilnetzbetreiber Die Installationsvorschriften der Verteilnetzbetreiber VNB f r den Anschluss von PV Anlagen an das Nieder und Mittelspannungsnetz sind in den Technischen Anschlussbedingungen TAB formuliert die nach 19 Energiewirtschaftsgesetz ffentlich zug nglich gemacht werden m ssen Die TAB beziehen sich neben netzparallel betriebenen Erzeugungsanlagen auch auf den Anschluss von Haushalts und Industrieverbrauchern Sie definieren dabei im Hinblick auf Netzsicherheit und stabilit t Grenzwerte f r Netzr ckwirkungen schreiben Schutz und berwachungseinrichtungen vor und regeln die Eigenschaften der eingespeisten elektrischen Leistung W
46. EN 60695 11 20 kalibriert nach IEC 60695 11 3 Beflammung 5 mal 5 s Beflammung 5 s Pause Von au en im Bereich der Angriffspunkt Anschlussklemme f r PV Untere Kante der Probe Leitung 5VB nach DIN EN 60695 11 20 Abs 8 4 siehe Tabelle 1 Es wurden insgesamt 45 Entflammbarkeits Untersuchungen durchgef hrt Dabei wurden Muster von acht verschiedenen Herstellern und insgesamt 19 verschiedene Anschlussdosen Typen der Pr fung unterzogen Um die Wiederholbarkeit der Pr fungen zu best tigen wurde nach M glichkeit mehr als eine Pr fung je Anschlussdosen Typ und Material durchgef hrt Pr fflamme Ergebnisse Die Pr fungen haben gezeigt dass der Gro teil der Pr flinge die Kriterien erf llen konnte Lediglich 13 Beflammungen mussten als nicht erf llt gewertet werden Dabei war ein Material besonders auff llig weil dieses in der ge nderten Anordnung lange nachbrannte und auch brennend abtropfte und die Baumwollwatte und das Unterspannbahnmaterial entz ndete Bei einer Nachpr fung mit exakter Anordnung nach EN60695 11 20 erf llte das Material allerdings deren Anforderungen Andere Pr fungen zeigten dass oftmals nicht das Geh usematerial sondern Anbauteile wie U berwurfmuttern an Kabelverschraubungen oder Dichtungen einen Weiterbrand f rderten was in der Praxis ein Risiko darstellt 197 Fazit Die hier vorgestellten Pr fungen bilden die Grundlage f r Untersuchungen zum Verhalten der Anschlus
47. Ein m glicher Bodeneintrag mit dem L schwasser ist daher ebenfalls als sehr kritisch zu sehen Die Diskussion um die CdTe Module vorwiegend in den Jahren 2010 2011 wurde nicht ganz uneigenn tzig durch Vertreter der konkurrierenden kristallinen Modultechnologie forciert die eine Aufnahme der Photovoltaik in den Geltungsbereich der ROHS forderten was unmittelbar zum Aus f r die CdTe Technologie und damit auch f r den gr ten Konkurrenten auf dem PV Markt gef hrt h tte Es wurden mehrere Studien zum Thema Cadmium Tellurid in PV Modulen durchgef hrt wobei der Fokus auf Modulen der Hersteller First Solar und Abound Solar lag Eine umfassende Zusammenstellung durchgef hrter Arbeiten und deren Ergebnisse bis 2011 wurde Anfang 2012 durch das Fraunhofer Center f r Silizium Photovoltaik CSP ver ffentlicht 50 Hier kommt man zu dem Ergebnis dass die bei bislang durchgef hrten Studien nachgewiesenen Emissionen von Cadmium bzw Cadmiumverbindungen keine kritischen Konzentrationen erreichen Als Vergleichswerte dienen die g ltigen AEGL 2 Werte Acute Exposure Guideline Levels online abrufbar bei 51 die den Grenzwert darstellen ab dem irreversible bzw langandauernde Gesundheitssch den auftreten k nnen Die praktische Bedeutung der getroffenen Aussagen dieser Studien f r die Risikobewertung beim Brand realer PV Anlagen relativiert sich allerdings schaut man sich einige der durchgef hrten experimentellen Arbeiten und die da
48. Erhitzungen kommen Daher empfiehlt T V Rheinland solche Tests mit fertigproduzierten Modulen durchzuf hren Ebenfalls sinnvoll ist es einzelne Komponenten des Moduldesigns wie Dioden und Anschlussdosen die von anderen Herstellern bereitgestellt werden Eingangstests zu unterziehen Dioden sollten stichprobenweise einer Funktionskontrolle unterzogen werden da sich der Ausfall einer Diode je nach Art des Ausfalls im Feld im regul ren Betrieb nicht bemerkbar macht Anschlussdosen k nnen neben der Funktionalit t auf eine gute elektrische Isolierung hin berpr ft werden sowie daraufhin ob sie den Gesamt Serienwiderstand des Moduls nicht signifikant vergr ern Die Klebung mittels derer die Anschlussdose auf der Modulr ckseite befestigt wird oft als Festkleber mit der Dose zusammen vorkonfektioniert ausgeliefert sollte auf ihre Haftungseigenschaften hin berpr ft werden z B durch einfache mechanische Zugtests Ebenfalls empfiehlt es sich zu pr fen ob der Dosendeckel fest sitzt Sofern das Modul Design Crimpverbindungen beinhaltet sollte der bergangswiderstand systematisch gemessen und kontrolliert werden Als weitere instruktive Hilfsmittel bieten sich Elektrolumineszenz Offline empfohlen sollte jedoch auch zu 100 inline durchgef hrt werden sowie Infrarot Aufnahmen an z B von Modulen im testweisen Betrieb um fehlerhafte oder kritische Kontakte fr hzeitig zu erkennen Elektrolumineszenz Aufnahmen sind insbesondere vor
49. GAK und Wechselrichter sind auf nichtbrennbaren brennbaren Untergrund zu montieren Es sollte insbesondere eine fachgerechte Auswahl Installation Befestigung und Verlegung der Leitungen erfolgen So sollten z B f r den Au enbereich nur geeignete Leitungen nach dem Anforderungsprofil f r Leitungen f r PV Systeme gem VDE AR E 2283 4 Kennzeichnung Bauart PV1 F eingesetzt werden Auf vorschriftsm ige Befestigung Zugentlastung sowie zul ssige Biegeradien ist zu achten Eine Verlegung ber scharfe Kanten darf nicht erfolgen Nicht nur im l ndlichen Bereich sollten die Leitungen vor Nagetieren gesch tzt verlegt werden Waschb ren in st dtischer Umgebung Hinweise zum sicheren Installationsort von Wechselrichtern Die L ftungsschlitze und K hlk rper von Wechselrichtern m ssen frei sein damit eine optimale K hlung sichergestellt ist Aus dem gleichen Grund sollten die Ger te m glichst nicht dicht bereinander montiert werden Hierbei sind unbedingt die Vorgaben des Herstellers zu beachten Wechselrichter d rfen nicht auf Holzw nden oder anderen brennbaren Materialien befestigt werden Ein Metallblech als Abschirmung zwischen Wechselrichter und Holzwand empfiehlt sich nicht da das Blech die Abw rme des Wechselrichters leitet den Luftaustausch zum Holz einschr nkt und es deshalb zu einer Selbstentz ndung kommen kann Als Unterlage eignet sich am besten eine Bauplatte Baustoffklassifizierung A1 nicht br
50. Hintergrund und DC Problematik uze02e0200200200200nnnnnnunnunnunnunnennenn 38 2 1 Definition und Eigenschaften eines LichtbogenS snnneoosnennossenneessennesssernsssserresseeressserresssereesseerersse 38 2 2 LICHEDOGENIOSENUND GE 40 2 2 1 St rlichtb gen in Wechselstrom und Gleichstronmsvstemen 40 2 2 2 Lichtbogencharakteristik bei unterschiedlichen DC Ouellen nennen nennen 41 3 Sicherheit und Qualit t bei Photovoltaik Risiken und Fehler 0 es02000000000000nnonnnonnnennnennnnnsnnnnne 43 3 1 Brandverhalten von Modulen senken 43 3 1 1 Brandpr fungen Widerstand gegen Flugfeuer und W rme 22zssssss2nssnnnnneeennnnnnnnnnneeeennneenn 44 3 1 2 Entflammbarkeit und Brandweiterleitung ssoseseessseenesssrersssrerssssrersssreresssreressererosseeeessseerees 45 32 Bewertung des Lichtbogenrisikos in PV Anlagen aneoonnnnnsnnnssennssennssennsseresseressernsssrrssersssrrreserrsseerese 49 3 3 Schadens und Brandfallanalyse an PV Anlagen 51 3 3 1 EI EI DNS este a e ee ee 51 3 3 2 Sta stische SchadenstallanaNVseN EE 53 3 3 3 Schadensbilder spezieller Fehler elek 63 3 3 4 Ee Orad E ee ee ee ee 73 3 3 5 Schlusstolger ngen und Empfehlungen a 74 3 4 Schadensanalysen eines lee 75 3 4 1 Sch den in der Wareneingangepr fung seseseessseeeesssreresssreresssreresserersssrrresssreressereresserreesseeeees 75 3 4 2 Schaden bei Reklamationen ee a A 77 3 5 Potentielle
51. III MN Ge rl Si E Durchstr mungsdauer 1 e CG e SE SN E d ZS G SEN AN 000 5000 10050 mA EHE mp 2 op 100 X0 op 10 K rperstrom g 8 Bild 4 2 Zeit Stromst rkebereiche mit Wirkungen von Gleichstr men auf Personen bei L ngsdurchstr mung Quelle DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 1 2007 5 d NIS E 7 i EE A ul SH H S SS lt 7 E D CA 4 5 3 ur E ANA 0 100 200 K rperstram je Bild 4 3 Zeit Stromst rkebereiche mit Wirkungen von Wechselstr men 15 100 Hz auf Personen bei L ngsdurchstr mung Quelle DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 1 2007 5 121 1 Bereich DC 1 AC 1 Eine Wahrnehmung ist bereits m glich aber keine Schreckreaktion zu erwarten 2 Bereich DC 2 AC 2 Es sind keine sch dlichen physiologischen Wirkungen zu erwarten Eine Wahrnehmung und unwillk rliche Muskelkontraktion ist m glich 3 Bereich DC 3 AC 3 In diesem Bereich sind starke unwillk rliche Muskelkontraktionen zu erwarten Au erdem k nnen Schwierigkeiten beim Atmen reversible Herzrhythmusst rungen und Muskelverkrampfungen auftreten 4 Bereich DC 41 4 AC 4 1 4 Pathophysiologische Wirkungen wie Herzstillstand Atemstillstand und Zellsch den sind zu erwarten Mit steigender Stromst rke und dauer nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Herzkammerflimmerns zu Der Vergleich dieser beiden Abbildungen zeigt dass W
52. In vielen F llen werden Wechselrichter auf Holz montiert Dies ist grob fahrl ssig und in der Regel zudem laut Produktunterlagen der Hersteller untersagt Zwei Beispiele illustrieren das Im ersten Fall wurden Wechselrichter und Leitungen auf OSB Platten montiert siehe Bild 3 32 Ein Brand besch digte Komponenten im Technikraum einer PV Installation Dabei geriet auch die zur Montage verwendete OSB Platte in Brand Offenbar gab es sonst wenig brennbares Material und die Feuerwehr kam schnell so dass der Schaden begrenzt blieb Bild 3 32 Montage der Wechselrichter auf OSB Platte Links hier ist es passiert Foto Freiwillige Feuerwehr der Gemeinde Perl 2011 Rechts Hier sieht es optisch gut aus ist aber nicht brandschutzgerecht Foto W Schr der PV Sachverst ndiger 2014 Die Feuerwehr Ellwangen berichtet in 2009 von einem glimpflich verlaufenen Brandfall Schwelbrand in landwirtschaftlichem Anwesen Der Brand wurde relativ schnell bemerkt so dass kein gr erer Schaden entstanden ist Im folgenden Bild 3 33 ist zu sehen dass vermutlich aufgrund eines durch Tierfra besch digten Kabels an einer Photovoltaikanlage im nicht genutzten Heustock der Scheune ein Schwelbrand entstanden war 73 Bild 3 33 Glimpflich verlaufener Brandfall Foto Feuerwehr Ellwangen Der Brandverlauf in diesem Fall war sicher ein Gl cksfall da das Stroh nicht in Brand geraten ist In einer hnlichen Montagesituation entflammten Ho
53. Instabilit t Thermal Runaway f hren k nnen Es treten drei m gliche Fehlerf lle auf Die Dioden sind permanent leitend nicht perfekter Kurzschluss teilleitend deutlich erh hter Leckstrom Erw rmung oder unterbrochen was den urspr nglichen Schutzcharakter aufhebt Bypassdioden weisen das Problem auf dass sie sich wenn sie ber l ngere Zeit hohe Str me f hren durch die in ihnen umgesetzte Leistung stark erw rmen Die Erw rmung kann letztlich zu einer berhitzung f hren die im Worst case brandausl send sein kann 87 Bild 3 47 Modulanschlussdose mit defekten Bypassdioden infolge eingekoppelter Blitzstr me Eine Modulanschlussdose muss dauerhaft die von den stromdurchflossenen Bypassdioden ausgehende Hitze berstehen Unabh ngig davon birgt Hitzeentwicklung aber immer das Risiko in sich dass Kontaktverbindungen auf Dauer korrodieren oder gar abschmelzen Sollte ein Kontakt einer Bypassdiode langsam schlechter werden steigt bei fortdauernder Belastung der Diode die im Kontakt entstehende Abw rme Im finalen Stadium kann dies zu einer sehr starken berhitzung mit Verschmorung oder einem Lichtbogen f hren Bei mangelhafter Kontaktierung oder Zerst rung der Diode z B durch berhitzung ist die Diode offen das hei t ihre Schutzfunktion ist nicht mehr gegeben In diesem Fall k nnen bei Verschattungen oder Kontaktfehlern im Modul Hotspots entstehen die das Modul sch digen und unter ung nstigen Umst
54. Lichtb gen kommt damit eine wachsende Bedeutung zu Ein weiterer Aspekt ist die Sicherheit der Einsatzkr fte insbesondere der Feuerwehren Hier gab es verbreitet Unsicherheiten die von den Medien zu teilweise drastisch berzogenen oder gar falschen Berichten f hrten und damit Sicherheitsbedenken in der ffentlichkeit bez glich der PV Dachanlagen hervorriefen Stellvertretend hier einige Schlagzeilen aus den Jahren 2010 und 2011 Feuerwehr l sst H user mit Solardach abbrennen Aus Angst vor gewaltigen Stromschl gen kann die Feuerwehr H user mit Solaranlagen auf dem Dach bei Br nden oft nicht l schen Photovoltaik St ndig unter Strom Solard cher sind brandgef hrlich von Klaus D Voss Photovoltaik Anlagen lassen sich nicht abschalten Brennt es hat die Feuerwehr kaum eine Chance Brennende Solard cher Albtraum f r die Feuerwehr SOLARENERGIE Feuer auf dem Dach Solarmodule k nnen berraschend gef hrlich werden Zur Risikoanalyse und Ableitung von Handlungsempfehlungen f r die Einsatzkr fte wurden verschiedene Versuchsreihen mit Beteiligung der Feuerwehren und des Technischen Hilfswerks zur Einsch tzung der elektrischen Gefahren durch PV Anlagen und der Emissionen beim Brand von PV Modulen auch D nnschichtmodulen durchgef hrt Durch die Aufarbeitung und systematische Ursachenanalyse von bekannten Schadensf llen einerseits sowie durch grundlegende wissenschaftlich fundierte Untersuchungen an
55. Ma e Brandpr fungen an PV Systemen angewendet werden m ssen um die Brandweiterleitung bei u eren Br nden ins Geb udeinnere sicher zu verhindern bzw keine zus tzliche Last in einer Risikobetrachtung bei GAPV darzustellen Bei den Pr fungen wurden verschiedene Dachaufbauten und verschiedene PV Installationssysteme untersucht F r die Bedachungsmaterialien und Dachaufbauten wurden folgende Konfigurationen gew hlt die die sogenannte weiche als auch harte Bedachung siehe auch Kapitel 6 2 2 vertreten Konfiguration 1 1 Lage nicht besandete Bitumenbahn d 5 0 mm 2 Lage Polystyrol D mmplatten d 80 mm 3 Lage Bitumenbahn mit Aluminium Dampfsperre d 5 0 mm 226 Konfiguration 2 1 Lage besandete Bitumenbahn d 5 2 mm 2 Lage nicht besandete Bitumenbahn d 5 0 mm 3 Lage Polyurethan D mmplatten d 80 mm 4 Lage Bitumenbahn mit Aluminium Dampfsperre d 5 0 mm Konfiguration 3 1 Lage PVC Bahn d 1 5 mm 2 Lage Steinwolle D mmplatten d 80 mm 3 Lage Bitumenbahn mit Aluminium Dampfsperre d 5 0 mm Konfiguration 4 1 Lage Dachsteine inkl Lattung de 80 mm 2 Lage Unterspannbahn d 2 mm 3 Lage Zwischensparren Klemmfilz aus Glaswolle d 200 mm Konfiguration 5 1 Lage Indachmodul eingef gt in eine virtuelle Dachdeckung bestehend aus CasSi Platten und Dachlattung d 50 mm 2 Lage Unterspannbahn d 2 mm 3 Lage Zwischensparren Klemmfilz aus Glaswolle
56. Module Betrachtet wurde eine Auswahl von Herstellern aus Deutschland China Japan und den Vereinigten Staaten die alle Marktsegmente und g ngigen Zelltechnologien abdecken Die Modulbaureihen auf die sich die Anleitungen beziehen stammen aus den Jahren 2008 bis 2012 Da die Hersteller willk rlich ausgew hlt wurden erhebt diese bersicht keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit Eine vollst ndige Liste der Modulhersteller aus der diese Hersteller ausgew hlt wurden wurde von der Zeitschrift PHOTON Profi ver ffentlicht Quelle Markt bersicht Solarmodule in PHOTON Profi Heft 2 2010 Tabelle 1 7 Beispielhafte Inhalte von Installationsanleitungen f r PV Module Montage Hinweise zum Handling Installation durch geeignete Fachkraft Arbeitsschutzbestimmungen Absturzsicherung des Monteurs Pr fung auf mechanische Unversehrtheit vor Montage Mechanische Anforderungen Hinweise zur Montagelage u Ausrichtung Statische Festigkeit Bel ftung der Modulr ckseite Schutz vor Feuchtigkeit ECEEBSBEEEEEINELD EES BEES REGER BEEEBEBSEEEIEINELZ ECEEISBEEIELIEINELZ ECEEBESEENEINELZ EES REGER EES REGER SES EE 21 Elektrische Anforderungen Hinweise zur Verschaltung Hesper eieiei Verweis auf allgemeine Richtlinien RR BB EEE MN Alle Installationsanleitungen f r Module formulieren mechanische und elektrische Anforderungen an die Anlage und geben Vorgehensweisen f r deren Errichtung vor Neben Anweisungen zum Arbeitss
57. Montagesysteme Die Montageanleitungen f r Befestigungssysteme sind vergleichsweise umfangreich sind aber mehr auf die Durchf hrung der Montage als auf die Auslegung und statische Festigkeit des Systems ausgerichtet Tabelle 1 10 Dementsprechend enthalten sie nur wenige Vorgaben f r den Zustand der fertigen Anlage Grunds tzlich fordern alle Hersteller eine statische berpr fung der Konstruktion durch entsprechend qualifiziertes Personal Dabei sind vor allem standortbedingte Schnee und Windlasten 26 zu beachten Einige Anleitungen enthalten Empfehlungen zur Vermeidung von Blitz und berspannungssch den durch eine angepasste Kabelf hrung und Erdung des Untergestells Alle Hersteller machen mehr oder weniger detaillierte Angaben zum Arbeitsschutz w hrend der Montage und verweisen mehrheitlich auf gesetzliche Arbeitsschutzbestimmungen und die Richtlinien der Berufsverb nde Allgemein oder teilweise auch im konkreten Fall schreiben sie geeignetes Werkzeug vor Eine berpr fung des Materialzustands vor Beginn der Montage empfiehlt nur ein einziger Hersteller Tabelle 1 10 Beispielhafte Inhalte von Installationsanleitungen f r Befestigungssysteme u S ls g S BORSS m a I 4 8 S49H II JO1ISISIOH IIA 43 10 S1 H IHA Joleisiet X EEEEEN xf gt neso BS Pr fung auf mechanische Unversehrtheit vor Montage H LIT eieiei ES e epee Windlasten Z Blitz und berspannungsschutz WE SE EE e EE
58. N he zum Brandort und unter sehr ung nstigen 253 Bedingungen festgestellt Eine Gef hrdung der Umgebung durch gasf rmige Schadstoffe aufgrund brennender PV Module kann nach den durchgef hrten _Literaturrecherchen den eigenen Brandversuchen und einer durchgef hrten Ausbreitungssimulationsrechnung ausgeschlossen werden Brandr ckst nde k nnen toxische Schwermetalle wie Blei oder Cadmium in grenzwert berschreitender Menge Bodengrenzwert f r Wohngebiete enthalten L schwasser kann im Falle von vorliegenden besch digten CdTe Modulen eine m glicherweise kritische Bodeneinleitung von Cadmium bewirken Die Messergebnisse k nnen nicht verallgemeinert werden zeigen aber dass ein Risikopotential vorhanden ist Eine fachgerechte Entsorgung der Brandr ckst nde wird daher als unabdingbar angesehen Bei gr eren Brandsch den an CdTe Modulen wird eine Boden untersuchung der unmittelbaren Umgebung empfohlen Umfangreiche Versuchsreihen mit Kunstlicht Strahler haben best tigt dass Einsatzstrahler unter bestimmten Bedingungen in den Modulen Str me in gef hrlicher H he erzeugen k nnen Es wurde im Projekt eine allgemeing ltige und einfache Abstandsformel formuliert die die Feuerwehren in die Lage versetzen den Mindestabstand f r die eingesetzte Strahlerleistung schnell zu ermitteln und damit eine elektrische Gef hrdung durch DC Str me im Nachteinsatz zu vermeiden W hrend der Projektlaufzeit wurden PV Anlagen mit Sp
59. NET 123 Um eine allgemeing ltige Aussage zur Gef hrdungssituation treffen zu k nnen wurde bei den dieser Arbeit zugrundeliegenden Versuchen von einem sehr geringen K rperwiderstandswert von insgesamt 550 Q ausgegangen 4 5 1 5 Brandbek mpfung im Bereich elektrischer Anlagen Um zu verhindern dass beim L schen von unter Spannung stehenden Anlagenteilen ber den Wasserstrahl gef hrliche Str me durch den K rper der Einsatzkraft flie en wurden in der DIN VDE 0132 Brandbek mpfung und Hilfeleistung im Bereich elektrischer Anlagen zwischen der L schmittelaustritts ffnung und den unter Spannung stehenden Anlagenteilen empfohlene Mindestabst nde definiert Tabelle 4 6 zeigt Mindestabst nde bei der Brandbek mpfung an elektrischen Anlagen im Nieder spannungsbereich d h bis 1000 V bei Wechselstrom AC oder bis 1500 V bei Gleichstrom DC DIN VDE 0132 VDE 0132 2008 08 Tabelle 4 6 Richtwerte f r Mindestabst nde im Niederspannungsbereich Strahlrohr Niederspannung N Hochspannung H DIN 14365 CM lt AC 1 kV oder lt DC 1 5 kV gt AC 1 kV oder gt DC 1 5 KV Spr hstrahl im 5m Vollstrahl 5m 10m Diese Abst nde beziehen sich grunds tzlich auf genormte C Mehrzweckstrahlrohre nach DIN 14365 CM mit einem Mundst ckdurchmesser von 9 mm und 5 bar Flie druck Die Richtwerte gelten aber auch f r gr ere Wasserl schger te wenn deren Strahlrohre im Sinne der elektrischen Sicherheit der DIN 14365 2 entsprechen
60. Obwohl in der Anwendungsregel nicht explizit erw hnt sind hierunter auch Module mit integrierten oder zugeordneten DC DC oder DC AC Wandlern zu verstehen welche eine gleichwirkende Funktion bereitstellen Wesentlich hierbei ist dass die Einrichtung zum Abschalten auch ein Halbleiterschalter ohne Trennfunktion sein kann wenn der typische Ausfallmechanismus eine Abschaltung sicherstellt 244 Ist dies nicht gew hrleistet so ist eine t gliche automatische Funktionspr fung durchzuf hren siehe oben Die Anforderungen an derartige Einrichtungen zum Abschalten eines PV Modules m ssen noch in einer Produktnorm festgelegt werden i i M Haupt Wechselrichter I GEIER Zeng PV Generat r DL Werteiler Bild 5 47 Beispielhafte Einrichtung zum Abschalten durch Serienschalter auf Modulebene Die in Bild 5 48 dargestellte Einrichtung zum Kurzschlie en auf Modulebene wurde innerhalb des ffentlichen Einspruchsverfahrens der Anwendungsregel insbesondere von den Modulherstellern abgelehnt Es konnte kein abschlie endes Ergebnis erzielt werden so dass die Anforderungen an derartige Einrichtungen zum Kurzschlie en eines PV Modules noch in einer Produktnorm festgelegt werden m ssen leitung Dr Dn I EI UC Haupt Wechselrichter PV Generat r DL Verteiler Bild 5 48 Beispielhafte Einrichtung zum Abschalten durch Kurzschlie en auf Modulebene 245 5 6 4 Zusammenfassung Die VDE Anwendungsregel beschreibt eine Reihe
61. Teile in der Produktion wie z B Anschlussdosen F r die Normung wird empfohlen verst rkte Qualit tssicherungsma nahmen in der Produktion zu definieren sowohl auf Komponenten und Modulebene Viele Hersteller befinden sich bereits auf einem hohen Niveau Mit einem normierten Qualit tssicherungskatalog kann ein einheitliches Qualit tsma erreicht und Risiken aufgrund von l ckenhafter eigener berwachung der Produkte vermieden werden 5 2 2 Designver nderungen Modul und System In der Vergangenheit sind mit der Fortentwicklung der Verbindungstechnologien bei den Zelt Zell Verbindungen i R zwei Bus Bars bzw Zellverbinder eingesetzt worden Etablierter Standard sind heutzutage eher drei Bus Bars siehe Kapitel 3 4 1 bzw auch g nzlich andere Verbindungsarten wo auch mehr als drei Bus Bars zum Einsatz kommen Der Fall dass infolge thermo mechanischer Wechsellasten produktions oder rein mechanisch bedingter Einfl sse Zellverbindungen von der Zelle getrennt werden oder aber in sich aufbrechen beeinflusst mit der Anzahl der zur Verf gung stehenden Zellverbinder die Wahrscheinlichkeit einen Lichtbogen entstehen zu lassen Mit mindestens drei Zellverbindern wird das Risiko zur Entstehung eines Lichtbogens und auch der fr hzeitigen Reduzierung von Leistungseinbu en bedingt durch erh hte bergangswiderst nde im Zelldesign bereits reduziert Der Strom kann so noch ber die anderen unbesch digten Zellverbinder abflie en F
62. VO wie z B Einkaufszentren die den Brandschutz abschlie end regeln Mit gr tm glicher Sorgfalt muss sichergestellt sein dass keine zus tzlichen Brandrisiken durch PV Installationen entstehen bzw auf ein Mindestma reduziert sind Durch unsachgem e Errichtung und Verwendung mangelhafter Produkte sowie ungen gender Wartungst tigkeit bei PV Anlagen k nnen diese Risiken steigen 181 Nachfolgend detailliert der Leitfaden den berblick zu existierenden Regeln und weiteren Ma nahmen im Bereich des vorbeugenden Brandschutzes und Risikominimierungen zur Produktion und Einsatzsicherheit Fazit 814 der MBO Bauliche Anlagen sind so anzuordnen zu errichten zu ndern und instand zu halten dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch Brandausbreitung vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame L scharbeiten m glich sind 5 2 Qualit tssicherungsma nahmen in der Produktion und deren Auswirkungen auf die Risikobeurteilung 5 2 1 Herstellungsprozess Eine Menge Fehler und M ngel in der Bauart die zu einem erh hten Brandrisiko beitragen k nnen lassen sich fr hzeitig durch eine verbesserte Qualit tskontrolle in der Produktion vermeiden T V Rheinland f hrt zu diesem Zweck regelm ige Firmeninspektionen mindestens j hrlich bei den Herstellern durch deren Ziel es u a ist auf unzureichende Qualit tskontrollen und ungen gende Qualit
63. Zu 1 Stabilit t der Verbindungen Die aktuellen Entwicklungen bei den Anschlussdosenherstellern erfolgen unter der Pr misse der Automatisierbarkeit und der Prozesssicherheit z B Spelsberg Phoenix Contact Conergy um eine gleichbleibend hohe Qualit t der Fertigung sicherstellen zu k nnen Verschmutzungsgefahr senken langzeitstabile Verklebungen Dichtheit Grunds tzlich gibt es 3 M glichkeiten von Leitungsverbindungen Bild 3 44 e L tverbindungen e Klemmverbindungen e Schraubverbindungen 83 Foto G nther Spelsberg Klemmen Foto Mitsubishi Electric Corporation verl tete Kontakte Bild 3 44 Kontaktvarianten Klemmverbindungen sind wenig fehleranf llig Von der Verwendung von ungefederten Schraub verbindungen ist heutzutage abzuraten da diese nur bei optimaler Montage zuverl ssigen Kontakt bieten und dieser bei zunehmender Materialalterung immer schlechter werden kann w hrend sich die Klemmverbindung selbstt tig nachstellt Doch selbst L tverbindungen k nnen bei nicht sachgerechter Montage versagen Tendenziell liegt dieses Risiko am ehesten bei Handl tprozessen Auf dem Markt sind derzeit alle drei Verbindungstechniken Bild 3 44 zu finden berwiegend werden Klemmverbindungen unterschiedlichster Art und G te verwendet Au erdem spielt eine solide und zuverl ssige Zugentlastung eine gro e Rolle da sowohl kurzzeitig z B bei Transport und Installation als auch dauerhaft z B durch das Gewicht der
64. als Empfehlung f r eine sp tere Normungsarbeit zu liefern Dazu sind umfassende Ergebnisse und Positionen erarbeitet worden Eine Definition von Pr fabl ufen und anforderungen konnte in diesem Projekt nicht abschlie end diskutiert werden F r den Einsatz von dachintegrierten PV Systemen bietet es sich an auf die Definitionen und Pr fmethoden der ENV 1187 zur ckzugreifen welche f r Bedachungen bereits seit langem etabliert ist Die Versuche zeigten dass die Methode 1 f r eine obere Bedachungsanlage anwendbar ist Eine Festlegung zur Positionierung des Brandsatzes bzw des Brenners muss analog der ENV 1187 1 erfolgen Hierbei m ssen die Systemfugen Modul Modul bzw Modul Dachanschluss mit jeweils einer Z ndquelle belastet werden Analog zur blichen Pr fung von Bedachungen k nnen ebenso die EN 13501 5 Klassifizierungs Kriterien angewendet werden Eine Pr fmethode muss hierbei au erdem fordern dass die Bedachungsmaterialien wie Unterspannbahn etc auch in der Protokollierung festgehalten werden um ggf notwendige Einschr nkungen bei der Verwendung der Systeme in der Kombination mit versch Materialien zu erfassen Es w re denkbar dass die PV Module mit bestimmten Unterkonstruktionen schlechtere Brandwiderstandsklassen aufwiesen als regul re Bedachungen wie Pfannen oder Ziegel Insgesamt kann hierbei entweder der Holzwollekorb oder aber auch der Brenner zum Einsatz kommen Beide Brands tze sind geeignet Bei dachpar
65. auch die Beflammungszyklen mit 5 x 5 Sekunden Beflammung mit je 5 Sekunden Pause wie in diesem Standard beschrieben angewendet 195 Bild 5 15 Beflammung des Deckels im Bereich der Leitungsanschl sse und Beflammung der Kabelverschraubung eines Pr flings Quelle T V Rheinland Um festzustellen ob der Untergrund durch brennend abtropfendes Material entz ndet werden k nnte wurde wie auch in EN 60695 11 20 beschrieben eine d nne Lage Baumwollwatte 300 mm unterhalb des Beflammungspunkts angeordnet Zur Bewertung der Pr fung wurde ebenfalls wieder auf die EN 60695 11 20 zur ckgegriffen Dabei wird die Nachbrenn bzw Nachglimmzeit aufgezeichnet Tabelle 5 1 und vermerkt ob Material abgetropft ist und ob die Unterlage aus Baumwollwatte entz ndet wurde Tabelle 5 1 Bewertungskriterien f r Pr fergebnisse Quelle DIN EN 60695 11 20 Kategorie 5VB Nachbrennzeit mit Flamme plus Nachglimmzeit nach der f nften Beflammung Wurde die Baumwollwatte durch brennende Teilchen oder Tropfen vom Pr fling entz ndet Verbrannte der Pr fling vollst ndig 196 Tabelle 5 2 bersicht Vergleich der durchgef hrten Pr fungen mit normativer Messung B Normativer Pr faufbau m Angewendeter Pr faufbau EN 50548 Pr flin Vollst ndige Anschlussdose Materialprobe vom H auf Untergrund montiert Endmuster 30 bis 50 von der Abstand zum Auflage des Untergrunds Eine Lage ungepresster Baumwollwatte 500 W Flamme nach
66. auch unter Anwendung von Calciumsilikat CaSi als Unterlage ein Verbund Die Folienprobe wurde dabei auf das CaSi aufgeklemmt nicht verklebt Die Ergebnisse weichen stark von den Ergebnissen ohne CaSi ab so dass eine Pr fung mit einzelnen Folien durchweg negativ bis auf ETFE nicht mit einer endanwendungsbezogenen Pr fung vergleichbar ist Eine Unterst tzung mit CaSi hat hnlich Flammausbreitungen wie bei der Durchf hrung der Baustoffklassifizierung am finalen Produkt Modul als Materialverbund gezeigt Ein durchaus heftiges Materialbrandverhalten wiesen die Folien C und D auf was in der Realit t im Materialverbund jedoch nicht derart auftreten w rde D nne Folien verhalten sich generell besser Sie entziehen sich schnell der W rme durch Schmelzen Im Materialverbund bestimmt jedoch auch wieder das PVB oder EVA die Brandeigenschaften welche potentiell schlechter sind als die der R ckseitenfolien was bei d nnerem Backsheet potentiell ein Problem darstellen k nnte 203 Alle Pr fungen sind geeignet eine Vorauswahl von R ckseitenfolien treffen zu k nnen Jedoch ersetzen sie keine endanwendungsbezogenen Pr fungen von Materialverb nden Der ASTM Standard ist nicht ausreichend um eine verl ssliche Aussage ber die R ckseitenfolie auf das gesamte Produkt Modul zu treffen Jedoch bieten alle Normen die M glichkeit die Qualit t der einzelnen Materialien zu bestimmen Bei der ASTM E 162 und ISO 11925 2 ist es m glich
67. auf 55 120 und 215 l min einstellen Die Strahlform kann durch Drehen am Strahlrohrkopf als Vollstrahl 0 Spr hstrahl 609 oder Flash Over Stellung 120 gew hlt werden Hohlstrahlrohre unterscheiden sich je nach Typ und Hersteller in ihrer technischen Ausf hrung und Bauform wodurch die Spr hbilder unterschiedlich ausfallen k nnen Bild 4 6 CM Mehrzweckstrahlrohr Bild 4 7 C Hohlstrahlrohr Quelle FFW M nchen Versuchsdurchf hrung In dieser Versuchsreihe Versuchsaufbau entsprechend Bild 4 8 und Bild 4 9 wurden die Ableitstr me ber den Wasserstrahl beim Anspritzen einer unter Spannung stehenden Metallelektrode Lochblech gemessen Mit einem Stromkreiswiderstand von 555 Q wurde der im Worst Case anzunehmende kleinste K rperwiderstand einer erwachsenen Person Einsatzkraft mit durchn sster Schutzkleidung simuliert 126 Bild 4 8 Versuchsaufbau mit simuliertem PV Modul Lochblechelektrode und Hohlstrahlrohr in einem Meter Abstand Bild 4 9 Versuchsaufbau mit simuliertem K rperwiderstand zur Messung der Ableitstr me ber den L schstrahl 127 G Generator simuliert Elektrode Stromquelle V Spannungsmessger t Strahlrohr A Strommessger t SEN Rm Widerstand simuliert menschlichen K rper Bild 4 10 Messung der Ableitstr me ber den Wasserstrahl Schematische Darstellung Grafik Solarpraxis AG Harald Sch tt Der jeweilige elektrische Widerstand im Stromkreis set
68. auf weitere Anforderungen u a die Bauartzertifizierung nach DIN EN IEC 61215 bzw DIN EN IEC 61646 und DIN EN 61730 1 2 Neben den speziellen Anforderungen an geb udeintegrierte Module existieren weitere Normen f r besondere Einsatzgebiete sowie f r besondere Bauarten bzw weitere Normen sind in der Entwicklung Einige Beispiele hierf r sind Module f r maritimen oder k stennahen Einsatz Module in Schadgasumgebung Module die unter konzentrierendem Sonnenlicht arbeiten Module mit integrierter Elektronik z B AC Module Tabelle 1 3 Wichtige Normen zu Photovoltaik Modulen Module Bezeichnung DIN EN IEC 61215 Bauartzulassung f r kristalline Module nach Terrestrische kristalline Silizium Photovoltaik A PV Module Bauarteignung und Bauartzulassung DIN EN IEC 61646 Terrestrische D nnschicht Photovoltaik PV Module Bauarteignung und Bauartzulassung Bauartzulassung f r D nnschichtmodule nach Alterungsverhalten DIN EN 61730 Photovoltaik PV Module Sicherheitsqualifikation Sicherheitsqualifizierung von PV Modulen Teil 1 Anforderungen an den Aufbau Teil 2 Anforderungen an die Pr fung DIN EN 50548 IEC 62790 DIN VDE 0126 5 Anschlussdosen f r Photovoltaik Module Anforderungen und Pr fverfahren f r Anschlussdosen zur Verwendung an PV Modulen DIN EN 50521 IEC 62852 Anforderungen und Pr fverfahren f r Anschlussdosen zur Verwendung an PV Steckverbinder Ste
69. berwachung bewirken dass ein erster Fehler gegen Erde bereits bemerkt wird so dass eine indirekte Verbindung beider Pole ber das Erdpotential praktisch verhindert wird 5 3 1 2 Lichtbogengerechte Planung Auch bei der detaillierten Planung des Aufbaus einer PV Anlage kann viel zur Brandsicherheit beigetragen werden Umgekehrt gibt es einige grobe Fehler die man bei der Planung einer Anlage vermeiden sollte da diese die Risiken einer Brandentstehung wesentlich erh hen 206 Heutige PV Module sind mit Bypassdioden ausgestattet die bei einer Teilabschattung hohe Sperrspannungen an den Zellen vermeiden und so vor berhitzungen im Modul sogenannten Hotspots sch tzen Diese Bypassdioden k nnen allerdings ausfallen Dies kann durch berspannungen bei der Herstellung beim Transport oder bei der Installation erfolgen oder auch w hrend des Betriebs durch in der N he einschlagende Blitze Weiterhin f hren lange andauernde resp h ufig wechselnde Abschattungsereignisse oftmals zu einer thermischen berlastung und erh htem Zyklenstress von Bypassdioden Grunds tzlich besteht deshalb der beste Schutz vor Hotspots darin Module so zu installieren dass Abschattungen insbesondere l nger andauernde m glichst vermieden werden Besonders scharfe Schlagschatten bei intensiver Sonneneinstrahlung sind sch dlich und sollten nicht vorkommen Weniger kritisch sind Beschattungen am Morgen oder Abend bei denen die Sonnenstrahlen unter einem re
70. c m E 2 E 2 4 D w E as 3 2 232 3 3 3 a 3 MN Hp S 2 gt x Ka u v K c E D w Qa A gt ae G B x gt 23 3 E gt e u x w gt 2 3 S e O S 450 400 350 5900 4 250 200 150 100 4 so 0 i i EIIIS AN LEI SSESI ESEX TI Fi x Ki A D E v gt DI w Z E K i C ro as C EC E c W E E w Si amp y E Gu u T ZS pT x 5 en v P D 5 T 5 E E ES D E u E r E E Wi D Wi E E un v gt 0 Fr a d NV gt gt D 3 u E U 5 a gt A Z KR GK AR MR AS SG LE e E EA E WR AS a RK 3 D Nr D 5 2 E u D u N 2 o d 3 ae 3 3 ZS 3 ge ZS a g AN al o gt Z 3 E gt gt La d i fad E A ro e E A 5 Z e u a A gt m Pr c ke he e je Ca D 2 CH e z 5 e ZS e Z Sa SZ SS SS S SS e 5 ker E o gt Vi A vi A A a H a Ki E KL E S g E N o ce a e S E ZE 3 a Ba d SS Ss Ss 5 Q E E 0 e aA ZS rn S EECHER i t g 2 ES S E 333 zs d 508 m f gt S zs Ss N z o Bild 3 59 Baugruppen Funktionen mit einer RPZ gt 150 und L sungsvorschlag mit jeweils kleinster RPZ 106 3 6 3 Schlussfolgerungen Fasst man die in den oben stehenden Abbildungen und in den Diskussionen w hrend der FMEA berwiegend genannten Verbesserungsma nahmen zusammen so ergibt sich daf r folgende Rangliste 1 Einhaltung der bestehenden Normen und Vorschriften 2 Abnahme und Wiederholungspr fungen A amp W Pr fung durch unabh ngig
71. definiert Grenzwerte f r Netzr ckwirkungen und schwankungen Der Inhalt von Datenbl ttern und Beschriftungen f r Wechselrichter wird in DIN EN 50524 geregelt insbesondere Spannungs und Stromkennwerte auf Eingangs und Ausgangsseite sowie der Wirkungsgrad der als gewichteter europ ischer Wirkungsgrad angegeben wird Dessen Messung wird durch DIN EN 50530 festgelegt die auch die Testbedingungen und Messschaltungen vorschreibt Bei Zusammenbruch der Netzspannung muss sich der Wechselrichter selbst ndig vom Netz trennen Um die Eignung von Ma nahmen zu berpr fen die diese Anforderung erf llen sollen sind Tests nach DIN EN 62116 durchzuf hren Darin sind jedoch keine Bedingungen formuliert nach denen sich der Wechselrichter vom Netz trennen muss da diese von lokalen Gegebenheiten insbesondere den Bestimmungen der Verteilnetzbetreiber Technische Anschlussbedingungen kurz TAB abh ngen Tabelle 1 4 Wichtige Normen und Normenreihen zu PV Wechselrichtern Wechselrichter Bezeichnung DIN IEC 62109 Bestimmt mechanische und elektrische VDE 0126 14 Sicherheitsanforderungen an PV Wechselrichter Sicherheit von Wechselrichtern zur Anwendung in photovoltaischen Energiesystemen EN 61000 Elektromagnetische Vertr glichkeit von Netz Elektromagnetische Vertr glichkeit EMV und angeschlossenen Anlagen und Ger ten DIN EN 50530 Definiert Pr fverfahren zur Bestimmung des VDE 0126 12 Wirkungsgrads von PV Wechselrichtern
72. den PV Modulen andererseits erfolgte im Rahmen dieses Forschungsprojektes eine Einsch tzung der realen Lichtbogengefahren Unterst tzend wirkten hierbei die R ckmeldungen von PV Experten Feuerwehren sowie Betreibern von PV Anlagen in einer initiierten Online Umfrage zu Brand und berhitzungssch den bei PV Anlagen Einen ma geblichen Anteil an den abgeleiteten Ergebnissen lieferte ein allgemein anerkanntes Verfahren zur Risikobewertung FMEA welches durch ein Expertengremium f r eine Systembetrachtung unter Einbeziehung aller Komponenten einer PV Anlage inklusive der Installation und dem Anlagenbetrieb angewendet wurde Ausgehend von den ermittelten Risikopotentialen erbrachten Untersuchungen auf Komponenten und Systemebene zu den M glichkeiten einer Risikoreduzierung konkrete Handlungsempfehlungen sowohl f r die Hersteller der Komponenten als auch f r Planer und Errichter von Photovoltaik Anlagen Dar ber hinaus wurden signifikante Ergebnisse zur Risikominimierung in die PV Normungsgremien eingebracht Im Zeitraum der Projektbearbeitung gab es w hrend der drei ffentlichen gut besuchten Workshops in K ln und Freiburg neben der Darstellung der Arbeitsergebnisse auch reichliche M glichkeiten zur fachlichen Diskussion Zahlreiche Ver ffentlichungen zum Thema vorbeugender Brandschutz in Zusammenarbeit mit den Branchenverb nden DGS und BSW sowie der Branddirektion M nchen stellen neben der eingerichteten Projekt Homepage http www
73. der Bypassdioden kurzgeschlossenen sind kann bei voller Sonneneinstrahlung ein R ckw rtsstrom flie en der diesen Schwellwert berschreitet 34 Dieser Fehler ist aber sehr unwahrscheinlich Es wird daher vorgeschlagen Strangsicherungen nur bei Anlagen vorzuschreiben bei denen die PV Module in einer brennbaren Umgebung eingebaut sind Da in einem kurzgeschlossenen Strang eines Solargenerators aus n parallelen Str ngen h chstens der n 1 fache Kurzschlussstrom eines Stranges flie en kann ist ein Schutz vor solchen Fehlern im Solargenerator mit Sicherungen in der Praxis erst ab 3 bis 4 parallelen Str ngen m glich 35 Bei der derzeitigen internationalen berarbeitung der VDE 0100 Teil 712 wird heftig diskutiert ob Strangsicherungen zum Schutz der PV Module und der Leitungen vor einem R ckstrom ab 3 bzw einer zu berechnenden Anzahl von parallelen Str ngen wieder verbindlich gefordert werden sollen Aufgrund des l nder bergreifenden Anspruchs dieser internationalen Norm IEC 60364 9 1 Low voltage electrical installations Part 9 1 installation design and safety requirements for photovoltaic systems PV ist davon auszugehen dass Sicherungen gefordert werden weil in den USA und in Australien die europ ischen Konzepte der Schutzisolierung und der erd und kurzschlussfesten Verlegung wenig verbreitet sind und daher eher mit Parallellichtb gen gerechnet wird als dies in Europa der Fall ist Empfehlung f r die Normung
74. der Lamination sinnvoll da so Zellbr che 183 Mikrorisse fehlerhafte Verbindungen etc rechtzeitig erkannt werden bevor die Laminate die zeit und kostenaufwendigen weiteren Produktionsschritte durchlaufen Die Bilder k nnen aber auch f r das finale Produkt direkt vor der Auslieferung aufgenommen werden Ebenso k nnen mobile Ger te m gliche elektrostatische Entladungen an Modulkomponenten bei einzelnen Produktionsschritten detektieren Hier sind im Produktionsprozess beispielsweise statische Feldladungen von T V Rheinland auf der R ckseite der Module gemessen worden die bei der F rderung von Modulen z B zur Dose und Rahmenmontage entstanden sind Die Gefahr besteht dann sollte keine geeignete Erdungsma nahme zur Entladung getroffen werden dass Bypass Dioden bei Kontaktierung infolge einer pl tzlichen statischen Entladung besch digt werden und fehlerhaft ins Feld gelangen Das Thema Electro Static Discharge ESD ist nicht zu untersch tzen kann aber bereits w hrend der Produktion vermieden werden Generell sollte die Einf hrung neuer Materialien auch neuer Lieferanten von Materialien und Bauteilen des Moduls sorgf ltig gepr ft und durch entsprechende Qualit tstests begleitet werden da neue Materialien nicht selten ein Sicherheitsrisiko f r die finale Modul Bauart implizieren Es ist ferner von essentieller Bedeutung f r den gesamten Produktionsprozess eine l ckenlose R ckf hrbarkeit zu implementieren im Ideal
75. des Stromes f hren sollte Im trockenen Zustand der Einsatzkleidung lagen alle Messwerte im Bereich der Messunsicherheit Lediglich ohne Schutzstiefel wurden entsprechend der folgenden Tabelle 4 7 und Tabelle 4 8 sehr geringe Str me unter 1 yA gemessen 134 Tabelle 4 7 Trockene Kleidung Hand F e Tabelle 4 8 Trockene Kleidung Hand Hand Parameter Parameter Kontaktstelle S Kontaktstelle Elektrode ee Elektrode Strompfad Hand F e Generator Spannung K rper Strom V uA Bei nassem Zustand der Einsatzkleidung wurden dagegen je nach Strompfad und Kontaktstelle teils erhebliche Str me gemessen Der Strom von einer Hand zu einem Fu lag im sp rbaren aber unkritischen Bereich jedoch bei einem Stromweg von Hand zu Hand sind lebensgef hrlich hohe Str me im Ampere Bereich gemessen worden wie aus den nachfolgenden Tabellen Tabelle 4 9 Tabelle 4 10 und Tabelle 4 11 ersehen werden kann 135 Tabelle 4 9 Nasse Kleidung Hand Fu Tabelle 4 10 Nasse Kleidung Hand Hand Parameter Handschuhe Handschuhe Kontaktstelle Kontaktstelle Handschuhe Elektrode Elektrode Strompfad Hand Hand Der drastische Unterschied im Widerstandswert wurde bei den Schutzstiefeln vermutet Sie wurden daher f r eine weitere Messung Hand zu Fu entfernt Die nun gemessenen Str me befanden sich ebenfalls im lebensgef hrlichen Bereich Tabelle 4 11 Nasse Kleidung ohne Stiefel Handschuhe Stiefel Generator Spannung K
76. die Anzahl der Verbindungen zwischen den Leiterplatten Baugruppen minimiert was zu einer deutlichen Erh hung der Zuverl ssigkeit f hrt Gleichzeitig werden auch Kosten eingespart und Fehlerquellen w hrend der Fertigung der Ger te reduziert Hier gibt es nach wie vor Negativbeispiele auf dem Markt mit einer Vielzahl einzelner Leiterplatten und entsprechend hoher Zahl an Verbindern Schalter In Deutschland ist normativ auf der DC Seite eines Wechselrichters ein Lasttrennschalter vorgeschrieben Dieser ist zumeist in das Ger t integriert kann aber auch als zus tzliche Komponente extern angebracht sein Der Schalter muss f r DC geeignet und f r den speziellen Strom Spannungsverlauf einer PV Anlage ausgelegt sein Kondensatoren Kondensatoren kommen an vielen Stellen eines Wechselrichters zum Einsatz Kritisch im Sinne des Brandschutzes sind dabei die X und Y Kondensatoren anzusehen die sowohl auf der DC als auch auf der AC Seite zur Unterdr ckung von EMV St rungen angebracht sind Da sie elektrisch direkt hinter den Eingangsklemmen folgen sind sie hohen Spannungsspitzen ausgesetzt und m ssen entsprechend robust sein hier d rfen nur die einschl gig zugelassenen Kondensatoren eingesetzt werden Die als Eingangs Pufferkondensatoren eingesetzten Elektrolyt Kondensatoren hoher Kapazit t stellen nach heutiger Erfahrung kein kritisches Bauelement dar Vorteilhaft f r die Lebensdauer der Ger te ist die Wahl einer hohen Temperaturk
77. die anerkannten Regeln der Technik festgestellt werden erlischt jeglicher Garantieanspruch gegen ber dem Hersteller und f llt auf den Erbauer der Anlage zur ck sofern ihm gegen ber noch ein Gew hrleistungsanspruch besteht Etwa die H lfte der Modulhersteller fordert f r einen Fortbestand der Garantieanspr che die angemessene Wartung der Anlage Allerdings spezifiziert kaum einer der Hersteller diese Anforderung bez glich Wartungsintervallen oder Umfang der Ma nahmen Lediglich eine der Installationsanleitungen empfiehlt j hrlich eine Sichtpr fung der Verkabelung und des Montagesystems durchzuf hren 1 4 1 2 Wechselrichter Im Gegensatz zu Modulen gibt es bei Wechselrichtern keine gesonderte Leistungsgarantie Minderleistungen werden stattdessen von der Werksgarantie abgedeckt Diese l uft parallel zur zweij hrigen gesetzlichen Gew hrleistung und dauert zwei bis sieben Jahre Dar ber hinaus bieten einige der Hersteller gegen Aufpreis eine stufenweise Verl ngerung der Produktgarantie auf bis zu 25 Jahre an Im Garantiefall wird das defekte Ger t grunds tzlich vom Hersteller repariert oder ersetzt Ein finanzieller Ausgleich ist nicht vorgesehen 3 N el Di ET D J nl I mmh N Ee r D D Q D wi G OD Z Q gt m D Wu Eck LC 2 Q Wu T a D Q Q 5 Leg D CH D O gt Q cC Se Q D 5 lt O 5 D CH gt Wa D CH 3 mp D 5 Formen max Dauer Jahre Gew
78. die die Qualit t der Dokumentation sicherstellen sollen z B den Photovoltaik Anlagenpass siehe Kapitel 2 4 3 Ein weiteres Instrument zur Sicherstellung der Qualit t sind die RAL G te und Pr fbestimmungen f r PV Anlagen RAL GZ 966 die g ngige technische Regeln f r die Errichtung und den Betrieb von PV Anlagen zusammenfassen und als Vorlage f r technische Lieferbedingungen dienen Sie beinhalten einen Katalog an Anforderungen zur Produktion von Komponenten sowie der Planung Errichtung und Wartung ganzer Systeme Dabei bilden sie mindestens den Stand der aktuellen Normung ab versch rfen diese jedoch noch in einigen Punkten Die Benutzung der RAL GZ 966 in Liefervertr gen ist f r den Auftragnehmer kostenpflichtig und setzt die Zertifizierung durch die RAL G tegemeinschaft voraus Um diese Zertifizierung zu erlangen muss sich das Unternehmen einer Erstpr fung und danach in maximal zweij hrigen Abst nden Wiederholungspr fungen unterziehen bei der die F higkeit beurteilt wird die Bestimmungen der RAL GZ 966 einzuhalten F r PV Kraftwerke werden durch verschiedene Institute Pr feinrichtungen und Sachverst ndige Dienstleistungen zur Qualifizierung durchgef hrt Der Vorteil besteht darin dass baubegleitend eine Qualit tssicherung erfolgt und bei der Abnahme der Anlage ein Qualit tscheck durch eine unabh ngige Stelle Third Party durchgef hrt wird Dar ber hinaus dienen Angebote zur Zertifizierung von Installations
79. ein FSI von lt 10 realisierbar ist Das bedeutet relativ starke Einschr nkungen bei der Ausbreitung eines Brandes ber die einzelne R ckseitenfolie Daher kann eine Empfehlung abgeleitet werden dass im Bereich BIPV Folien mit diesen Eigenschaften FSI lt 10 verwendet werden sollten Glas als R ckseitensubstrat F r BIPV bietet sich ferner die M glichkeit reine Glas Glas Module einzusetzen um auf Polymerwerkstoffe als R ckwandisolator zu verzichten Auch hier kann ein solches Material Set up risikominierend hinsichtlich eines Lichtbogens wirken Zu mehr als 90 werden bestimmte Einkapselungsmaterialien wie EVA und PVB in der PV Industrie angewendet Einzeln nicht als Verbund sind die Materialien leicht entz ndbar k nnen aber auch im finalen Modulaufbau eine W rmefreisetzung beschleunigen Daher bietet es sich an auch in diesem Bereich bei der geb udeintegrierten PV ggf mit brandhemmenden Materialien wie Silikon als Verkapselungsmaterialien zu arbeiten Fazit Aufgrund verschiedener Einsatzgebiete von PV Modulen ist eine Auswahl geeigneter Komponenten im Hinblick zu den unterschiedlichen Anforderungen z B BIPV zur Erh hung der Lichtbogensicherheit zu w hlen Das bedeutet Risiken k nnen reduziert werden wenn das Design der Module an die Risikolagen angepasst ausgef hrt wird hnliche Diskussionen werden auch beim Einsatz von PV Modulen in unterschiedlichen Umweltklimaten gef hrt 5 2 3 Sicherheitsqualifizi
80. einem Aluminium Leiter einen Brand ausgel st hatte Eine AC Verteilung war ausgebrannt Bild 3 28 70 Bild 3 29 Das Ende einer Aluminiumleitung Foto Uli Motzer W rttembergische Versicherung Die Brandursache wurde in einer losen Klemmstelle gefunden Bild 3 29 zeigt das Leiterende eines weiteren Kabels der Anlage Auch diese Leitung war nicht richtig kontaktiert worden wie die Schmelzspuren am Leiter zeigen Die Thematik von hei en Kontakten wurde auch bei Sicherungen beobachtet siehe Bild 3 30 Auch hier sind geschraubte Kontakte im Spiel Am Schraubkontakt trat ein hoher bergangswiderstand auf L A Bild 3 30 Hei gewordener Sicherungseinsatz Foto H Godard Energossa 71 3 3 3 5 Brandweiterleitung durch Kabelb ndel Die Isolierungen g ngiger Leitungen sind brennbar und k nnen einem Brand Nahrung geben Kabelb ndel tragen h ufig zur Ausbreitung eines Brandes bei Hier berlagern sich ein Brand der Isolierung und Lichtb gen zwischen Plus und Minus Leitungen im B ndel Durch die gro e Hitze des Lichtbogens k nnen auch schwer entflammbare Stoffe in Brand geraten Dabei gibt es sowohl eine thermisch angetriebene Ausbreitung wenn n mlich ein Brand sich nach oben ausbreiten kann als auch eine schw chere elektromagnetische Ausbreitung eines Lichtbogens von der Stromquelle weg wie Bild 3 31 zeigt Bild 3 31 Verbrannte Leitungen an einem Wechselrichter Quelle Feuerwehr Weyerbusch
81. etwa dem Wert von Heiz l entspricht PE 46 MJ kg gt Heiz l 43 MJ kg wie nachfolgende Grafik veranschaulicht 44 ki Heiz l Kohle AA PP PVC Bild 3 1 Verorennungsw rme verschiedener Polymere im Vergleich zu konventionellen Heizstoffen 10 Im Falle eines Brandes mit Beteiligung einer PV Anlage haben das Brandverhalten der eingesetzten Polymere und deren Masse in den Komponenten eine signifikante Bedeutung f r die Brandentwicklung und weiterleitung 3 1 1 Brandpr fungen Widerstand gegen Flugfeuer und W rme PV Module die Teil eines Daches sind geb udeintegrierte PV Module BIPV werden in Deutschland wie Bedachungen getestet Grunds tzlich m ssen D cher ausreichend widerstandsf hig gegen Feuer von au en und W rmestrahlung sein PV Module als Teil von D chern m ssen diesen Anforderungen entsprechen Es gibt verschiedene Pr fverfahren die das Brandverhalten von D chern auf externe und interne Feuer beurteilen k nnen In der DIN VDE 0126 21 Photovoltaik im Bauwesen sind die besonderen Anforderungen an BIPV Module deklariert Ferner bezieht sich das DIBt in ihrem Hinweispapier aus 2012 auf die Notwendigkeit eines allgemeinen bauaufsichtlichen Pr fzeugnisses abP mit der Pr fung nach EN 13501 5 ENV 1187 1 bzw DIN 4102 7 f r dachintegrierte PV Module PV Module einer aufgest nderten Solaranlage befinden sich au erhalb der Geb udeh lle auf D chern harte Bedachung und unterliegen
82. geeigneten sogenannten notwendigen Fensters besitzen und von Einsatzkr ften zu erreichen sind Dieses hat nach Musterbauordnung die Mindestma e einer lichten Breite von 90 cm und einer lichten H he von 120 cm Ist jedoch ein Zugang zum Dachstuhl weder ber r ckseitige Dachfl chen noch ber Fenster m glich muss darauf geachtet werden dass ein geeigneter Teilbereich des Daches frei bleibt F r die Einsatzkr fte ist bereits ein mindestens 1 m breiter Freistreifen hilfreich um L scharbeiten durch zuf hren Bild 5 28 a beidseitig belegtes Schr gdach b mittelgro es Dach auf Geb uden c gro es Dach auf Geb uden mit mit kleiner als 40 mx 40 m gr er als A0 mx 40 m Grundfl che Grundfl che Bild 5 28 Zugangsm glichkeiten f r die Brandbek mpfung Quelle DGS Berlin Bei D chern ohne sonstige Zugangsm glichkeiten und mit einer Grundfl che von kleiner als 40 x 40 m sollte auf der l ngeren Seite ein 1 Meter Freistreifen realisiert werden Au erdem wird ab einer Anlagenbreite von 20 Metern ein zus tzlicher mittlerer Freistreifen empfohlen Sind gr ere PV Anlagen geplant m ssen die Generatorfl chen in maximal 40 x 40 Meter Abschnitte unterteilt werden Zwischen diesen Abschnitten sind Laufwegbreiten von mindestens einem Meter zu realisieren Wichtig ist bei der Planung der Abst nde zu spannungsf hrenden Teilen dass sowohl die PV Module 218 selbst als auch Leitungen und andere Anlagenkomponenten ber cksich
83. im Bereich von Photovoltaik Anlagen unter Einhaltung der Sicherheitsabst nde gem DIN VDE 0132 keine ernsthafte Gefahr f r die Einsatzkraft durch Ableitstr me ber das L schwasser bei gegebenen 1000 V DC besteht Die eingesetzten Strahlrohre wiesen unterschiedliche Spr hbilder auf und demzufolge auch unterschiedliche elektrische Leiteigenschaften Besonders bei den Hohlstrahlrohren k nnen sich durch verschiedene technische Ausf hrungen und Bauarten signifikante Unterschiede in der Ausbildung des Wasserstrahls ergeben In der neuen Norm DIN EN 15182 ist eine elektrische Pr fung der Strahlrohre nicht mehr vorgesehen F r die Charakterisierung der Hohlstrahlrohre bez glich ihrer elektrischen Eigenschaften sind Einzelnachweise notwendig Die verwendete Einsatzkleidung ist im trockenen Zustand ein guter Isolator und sch tzt die Einsatzkraft vor gef hrlichen Stromschl gen Durchn sste Kleidung dagegen bietet keinen Schutz mehr sodass bei hohen Spannungen und einem Stromweg von Hand zu Hand lebensgef hrliche Str me durch den menschlichen K rper flie en k nnen Dies w re der Fall wenn beide Pole der DC Leitungen gleichzeitig ber hrt werden Da die Feuerwehren angehalten sind immer einen Sicherheitsabstand von mindestens einem Meter zu unter Spannung stehenden Anlagenteilen einzuhalten ist dieses Szenario zwar unwahrscheinlich bei schlechter Sicht durch Dunkelheit und Rauch aber durchaus praktisch m glich berflutete Kellerr um
84. immer eng bei den DC Leitungen gef hrt werden Au erdem muss die Gr e der Schleife die durch die Verkabelung gebildet wird stets m glichst gering gehalten werden damit bei einem Blitzschlag nur m glichst geringe gef hrliche berspannungen induziert werden k nnen 208 Gleichzeitig muss die M glichkeit eines Parallellichtbogens also des ber Luft entstehenden elektrischen Kontakts zwischen zwei Leitern entgegengesetzter Polarit t so gering wie m glich gehalten werden Beide Anforderungen erf llt man durch eine Verlegung doppelt isolierter Kabel nebeneinander oder idealerweise der Verlegung der beiden Hauptleitungen in zwei direkt benachbarten oder mit einer Trennwand ausgestatteten Kabelf hrungssystemen Die Verwendung von getrennten Kabelf hrungs systemen f r Plus und Minus ist nur bei Verlegung in brennbarer Umgebung vorgeschrieben Gelegentlich wurde beobachtet dass Module von Installateuren der Bequemlichkeit halber an den Kabeln h ngend getragen wurden Auch wenn die Anschlussklemmen der Kabel typischerweise ber eine Zugentlastung verf gen sind sie f r eine solche Belastung nicht ausgelegt Dieses Vorgehen ist unbedingt zu vermeiden Falls Strangsicherungen oder DC Schalter zum Einsatz kommen sollen ist dringend darauf zu achten dass diese den Anlagenstrom auch dauerhaft tragen k nnen die Stromtragf higkeit kann aufgrund von Erw rmung abnehmen wenn Komponenten direkt nebeneinander installiert werde
85. insbes Wind u Einwirkungen auf Tragwerke S S Schneelasten DIN EN 1993 Enth lt Informationen und Vorschriften zur Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Konstruktion von Stahlbauten DIN EN 1999 Enth lt Informationen und Vorschriften zur Konstruktion von Aluminiumbauten Berechnung und Bemessung von Aluminiumkonstruktionen DIN EN 1090 Regelt den Konformit tsnachweis CE Kennzeichen f r Stahl und Aluminiumtragwerke Ausf hrung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken 1 3 2 3 Anforderungen an DC Komponenten und Solarspeichersysteme Zu den DC Komponenten geh ren DC Kabel Steckverbinder und DC Trennschalter Kabelauslegung und Trennschalter werden in der DIN VDE 0100 712 behandelt siehe 2 3 2 1 Anforderungen an die PV Systemkonfiguration PV Steckverbindungen sind in einer eigenen Norm geregelt der DIN VDE 0126 3 Sie enth lt neben Anforderungen an die mechanische und elektrische Belastbarkeit auch Anspr che an eine verpolungssichere Formgebung Wiederverschlie barkeit und die Beschriftung Au erdem werden Pr fverfahren zur Einhaltung dieser Vorgaben und Alterungstests vorgestellt PV spezifische Vorgaben zur Kabelf hrung stellt die Anwendungsrichtlinie VDE AR E 2100 712 Sie fordert die Verlegung der Leitungen in mindestens feuerhemmendem Material sofern sie innerhalb des Geb udes erfolgt Allgemeine Anforderungen an die Kabelf hrung finden sich in der VDE Normenreihe VDE 0604
86. mechanische Komponenten wie Aufst nderungen oder auch Nachf hrsysteme Wie bei jeder technischen Anlage besteht ein Risiko dass durch Fehler in der Anlage Sch den auftreten k nnen F r Versicherungen wie auch f r die Errichter und Betreiber von PV Anlagen besteht daher der Bedarf nach einer Einsch tzung dieses Risikos Hierzu sind einschl gige Verfahren in der Versicherungswirtschaft bekannt ein berblick hierzu findet sich in 39 Einen Ansatz m gliche Fehlerquellen bereits in der Entwicklungsphase eines Produktes oder eines Systems zu identifizieren und m glichst zu eliminieren bietet die sogenannte FMEA Failure Mode and Effects Analysis oder Fehlerm glichkeits und Einfluss Analyse oder auch kurz Auswirkungsanalyse 40 Innerhalb Forschungs Projektes wurde diese Methode auf ein vollst ndiges netzgekoppeltes PV System ohne Speicher angewandt Die Vorgehensweise und die Ergebnisse werden im Folgenden dargestellt Die FMEA stellt in der Industrie insbesondere bei Herstellern von Massenprodukten wie z B Automobilen ein etabliertes und auch formal vorgegebenes Verfahren dar DIN EN 60812 Fehlerzustandsart und auswirkungsanalyse mit welchem bereits in der Entwicklungsphase eines Produktes m gliche Fehlerquellen identifiziert bewertet und Abhilfema nahmen benannt werden Hierzu kommt ein Team von ca 10 Experten aus m glichst unterschiedlichen Fachbereichen zusammen welches unter Anleitung ei
87. nach Herstellerangaben Brandverhaltensklasse E nach DIN EN 13501 112010 011 Diese sind nach bestehenden Anforderungen normalentflammbar und damit ebenfalls brennbar Konstruktionsmaterialien von geb udeintegrierten Solaranlagen unterscheiden sich nicht von herk mmlichen Fassaden und berkopfverglasungskonstruktionen ohne solare Elemente so dass sie hier nicht weiter betrachtet werden 4 6 4 Zusammensetzung der Brandgase Die Brandauswirkungen sind stark anh ngig von der Art des Brandes Dies gilt neben dem Schadensausma ebenso f r die Entstehung von Rauch und Gas Die entstehenden Stoffe und Verbindungen f r verschiedene Brandszenarien wurden analysiert 53 Im Vollpbrand mit hoher Temperatur und Sauerstoffzufuhr werden die organischen Bestandteile weitgehend zu den Oxidationsprodukten von Kohlenstoff C Wasserstoff H und Sauerstoff O Kohlenmonoxid CO Kohlendioxid CO und Wasser H20 verbrannt Eingebundene Heteroatome wie Fluor F Chlor Cl und Stickstoff N werden im Brandfall zu den entsprechenden hochtoxischen Halogenwasserstoffen HF HCI bzw zu Stickstoffoxiden NO und NO umgesetzt 161 Mit abnehmender Temperatur und Sauerstoffzufluss werden die Produkte aus organischem Material un bersichtlich Hier treten verst rkt teiloxidierte und gecrackte Verbindungen auf Bei der Teiloxidation von organischem Kohlenstoff dominiert Kohlenmonoxid CO die Rauchgas zusammensetzung Beim sogenannten Schwelb
88. sich vor allem durch die am Generatorfeld erzeugte Gleichspannung die auch nach Trennung der Anlage vom Netzanschluss auf der DC Seite anliegt solange Licht auf die Module f llt Im Bereich der Modul und Generatorabschaltung gibt es derzeit noch keinen etablierten Stand der Technik und damit auch noch keine Produkt und Errichtungsnorm Die Normungsgremien der DKE haben bislang eine Anwendungsregel VDE AR E 2100 712 erarbeitet die technische und organisatorische Mindestanforderungen zur Erzielung eines sicheren Anlagenzustandes im Notfall beschreibt Eine Abschaltung wird darin nicht generell gefordert sondern stellt eine optionale L sung dar wenn bauliche Ma nahmen z B sichere Verlegung von Leitungen Anbringung der Leitungen und des Wechselrichters im Au enbereich als nicht ausreichend angesehen werden Da f r eine Rettungskraft im Einsatzfall unter Zeitdruck und Anspannung die Personenrettung immer im Vordergrund steht wird das Einhalten der F nf Sicherheitsregeln beim Umgang mit elektrischen Anlagen kaum m glich sein Sie muss trotz einer eventuell vorhandenen Abschalteinrichtung davon ausgehen dass die Anlage nicht spannunggsfrei ist Durch Einhaltung eines Mindestabstands von 1 m wie generell bei elektrischen Anlagen empfohlen kann dieser Gef hrdung begegnet werden Insbesondere bei Brandereignissen mit starker Sichteinschr nkung un bersichtlichen Situationen im Geb ude und ggf n tiger Personenrettung stel
89. tssicherungsma nahmen hinzuweisen Gem einer weltweit f r Inspektoren des T V Rheinland definierten verbindlichen Tabelle werden solche M ngel und Defizite entweder als recommendation Empfehlung oder als deviation Abweichung deklariert wobei eine deviation zwingend vom Modulproduzenten behoben werden muss Es gibt bei Herstellern von kristallinen Silizium Modulen hinsichtlich eines sp teren Lichtbogen oder Brandrisikos eine Reihe neuralgischer Produktionsschritte Zu diesen z hlt zun chst das Stringing bei denen die Solarzellen im Allgemeinen in einem L tprozess zu einem Strang verbunden werden Dies geschieht heutzutage fast ausschlie lich vollautomatisch mit sogenannten Stringern Sind wichtige Parameter wie L ttemperatur und L tzeit in Abh ngigkeit von der verwendeten Zelle hierbei nicht sauber eingestellt bzw werden sie nicht exakt gemessen k nnen sich L tfehler ergeben die zu erh hten bergangswiderst nden und dadurch zu einem erh hten Lichtbogen Risiko f hren k nnen Daher fordert TUN Rheinland von den Herstellern eine regelm ige im Idealfall Inline Kontrolle der L ttemperatur sowie eine regelm ige Kalibrierung der Sensoren und Messger te Ebenso muss der Nachweis eines regelm igen Pull tests zur Qualit ts Kontrolle der Kontaktierung erbracht werden 182 Analoge Probleme k nnen sich bei der anschlie enden und in den meisten F llen manuell durchgef hrten Kontaktierung der Strings interconn
90. tzliche Schalter schlichtweg eine weitere Fehlerstelle so dass berlegt werden muss ob das Schutzziel nicht auch erreicht werden kann indem die DC Kabel ber hrungsgesch tzt z B unter Putz oder in Kabelkan len verlegt werden Sollten dennoch Schalter verbaut werden m ssen auch diese f r die besonderen Anforderungen der Photovoltaik ausgelegt sein es gen gt nicht normale DC Schalter zu verwenden und die Angaben zu maximalen Str men und Spannungen einzuhalten da bei Photovoltaik eine andere Strom Spannungskennlinie vorliegt als bei gew hnlichen Gleichspannungsauellen Ein fataler Fehler der dennoch gelegentlich gemacht wird besteht in der Platzierung von Anlagekomponenten in R umen mit leichtentz ndlichem Material z B Stroh Streu oder S gesp ne Besonders der Wechselrichter der selbst W rme erzeugt darf keinesfalls in solchen Umgebungen eingesetzt werden Aber auch bei anderen Komponenten z B der Kabelverlegung durch solche R ume erh ht man die Brandrisiken da bei einer Erhitzung oder bereits einem Funken in der elektrischen Installation ein Brand ausgel st werden kann 207 5 3 1 3 Sachgerechte Installation Besondere Bedeutung kommt bei der Errichtung von brandsicheren PV Anlagen dem ausf hrenden Installationsbetrieb zu In der Vergangenheit kam es immer wieder zu Sch den die auf grobe M ngel bei der Installation zur ckzuf hren sind Besonders kritische Installationsm ngel die in der Vergange
91. von Ma nahmen mit welchen die elektrische Sicherheit im Falle einer Brandbek mpfung oder einer technischen Hilfeleistung gewahrt werden kann Eine Abschaltung des Solargenerators oder der einzelnen Module ist dabei nicht zwingend gefordert sondern stellt eine Option dar Als Schlussfolgerung aus den Untersuchungen der Lasttrennschalter aus 3 3 3 2 ergibt sich ferner dass Schalter auf dauerhaft erh hte Umgebungstemperaturen mit beschleunigter Kontaktdegradation reagieren Bei der Planung sollten die Schalter berdimensioniert werden Wie die DC Leitungen sollten die Schalter mit mindestens 125 des Nennstroms der Anlage belastbar sein Schalter die erh hten Umgebungs temperaturen ausgesetzt sind m ssen nach den derating Angaben des Herstellers ausgelegt werden e Alle Schalter sollten einmal j hrlich inspiziert werden um berhitzungen zu entdecken e Alle Schalter sollten einmal j hrlich gewartet und dabei zehnmal bet tigt werden Die detaillierten technischen Anforderungen an derartige Abschalt oder Kurzschlie Systeme sind noch in Produktnormen festzulegen Grundlegende pr normative Arbeiten zum Thema werden derzeit in einem Verbund Forschungsprojekt mit F rderung des Bundesministeriums f r Wirtschaft und Energie BMW unter dem F rderkennzeichen 0325596F umgesetzt Die Partner T V Rheinland LGA Products E T A Elektrotechnische Apparate Q3 Energieelektronik Eaton Industries und SMA Solar Technology befassen
92. von vier Schaltern ab im Mittel auf etwa 1 3 des Anfangswertes Entsprechend nehmen auch die ohmschen Verluste ab Beim schlechtesten Schalter liegen sie bei Belastung mit Nennstrom anfangs bei etwa 17 W und sinken auf etwa 6 W Das gleiche Verhalten zeigen auch Schalter mit Kontakt Wippen Bild 3 26 wie eine Pr fung im Feld ergab Bild 3 26 Gepr fter DC Hauptschalter mit Kontakt Wippe Acht Schalter einer etwa 10 Jahre alten PV Anlage wurden ebenfalls auf ihren Kontaktwiderstand gepr ft Auch diese Schalter zeigten eine deutliche Abnahme des Kontaktwiderstandes bei mehrmaligem Bet tigen im stromlosen Zustand Der Widerstand sank im Mittel auf fast ein Drittel des Anfangswertes Also m ssen auch diese Schalter regelm ig gewartet werden Fazit der Schalteruntersuchungen Schalter reagieren auf dauerhaft erh hte Umgebungstemperaturen mit beschleunigter Kontaktdegradation Bei der Planung sollten die Schalter berdimensioniert werden Wie die DC Leitungen sollten die Schalter mit mindestens 125 des Nennstroms der Anlage belastbar sein Schalter die erh hten Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind m ssen nach den Derating Angaben des Herstellers ausgelegt werden Alle Schalter sollten einmal j hrlich inspiziert werden um berhitzungen zu entdecken Alle Schalter sollten einmal j hrlich gewartet und dabei zehnmal stromlos bet tigt werden Diese wichtigen Erkenntnisse wurden in Kapitel 6 aufgenomm
93. zeeeesssnsannnnnnnnnnnnnnnnnnneeeeeeessnnnnenn 172 TABELLE 5 1 BEWERTUNGSKRITERIEN F R PR FERGEBNISSE QUELLE DIN EN 60695 11 20 195 TABELLE 5 2 BERSICHT VERGLEICH DER DURCHGEF HRTEN PR FUNGEN MIT NORMATIVER MESSUNG 196 TABELLE 5 3 BERSICHT DER PROBEK RPER UND ANGEWENDETEN PR FUNGEN eeeaennnnnnnnnnnnnennennneenen 202 TABELLE 5 4 BERSICHTSSCHEMA DER BRANDSCHUTZMABNAHMEN DER VDE AR 2100 712 2 220 269 VII Abk rzungsverzeichnis Abk rzung ABS AEGL a Si AR ASTM Forward Bias BBodSchgV BIMSCHV BMU BMWi CdTe CPS DIN ETW EL ERPG EVA EN FSI FTIR GAK HPLC NN IR IEC ISO IEC c Si CIS LBO ICP MS Mpp ML u Si MBO Beschreibung Acrylnitril Butadien Styrol Copolymerisat Acute Exposure Guideline Level amorphes Silizium D nnschichtmodul Antireflexschicht ASTM International urspr nglich American Society for Testing and Materials Bestromung in Durchlass Richtung Bundes Bodenschutz und Altlastenverordnung Bundes Immissionsschutzverordnungen Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz Bau und Reaktorsicherheit Bundesministeriums f r Wirtschaft und Energie Cadmium Tellurid Concentrated Solar Power Konzentrierende PV Module Deutsches Institut f r Normung e V Einsatz Toleranz Werte Elektrolumineszenz Emergency Response Planning Guidelines Ethylen Vinyl Acetat Europ ischen Normen Flame Spread Inde Fourier Transformations Infrarot
94. zu bemerken da die Anlage scheinbar normal weiterl uft In Bild 3 7 sind schematisch verschiedene Risikostellen dargestellt Serienlichtb gen Parallellichtbogen on Pe DC Trennschalter Wechselrichter m PV Generator Bild 3 7 M gliche Ausbreitung von Serien und Parallellichtb gen in einem PV System Quelle 14 91 3 3 Schadens und Brandfallanalyse an PV Anlagen 3 3 1 Einf hrung Im Rahmen des Projektes wurden gezielt Brand und berhitzungsf lle in PV Anlagen recherchiert um m gliche Schwachstellen zu identifizieren und daraus Verbesserungspotentiale bestimmen zu k nnen Da es darum ging Schwachstellen zu finden wurden berhitzungs und Brandf lle zusammen betrachtet Damit wird der Einfluss der Umgebung der schadhaften Komponente auf die Schadensh he ausgeblendet Es wurden folgende Informationsquellen ausgewertet e Internet und Medienberichte e Einsatzberichte von Feuerwehren e _Sachverst ndigenberichte und aussagen e Schadensakten der Mannheimer Versicherung e internet basierte Umfrage Die erfassten Informationen wurden einer Plausibilit tspr fung unterzogen bei Bedarf nachrecherchiert und ausgewertet In vielen F llen waren nur l ckenhafte Angaben verf gbar so dass teilweise plausible Einsch tzungen eines Schadenhergangs erfolgen oder die letztliche Fehlerursache nicht identifiziert werden konnte Wenn ein Schadengutachten verf gbar war wurden die Schlussfolgerungen d
95. 0000200000000n0nnnnnnnnnnnnnnnnnnannnnnnnnnn 216 BILD 5 27 VERSCHIEDENE ZUGANGSM GLICHKEITEN F R DIE BRANDBEK MPFUNG AM SCHR GDACH IQDEELEEDGS BERLIN sauer 217 BILD 5 28 ZUGANGSM GLICHKEITEN F R DIE BRANDBEK MPFUNG QUELLE DGS BERLIN 217 BILD 5 29 TYPISCHE PRINZIPSCHALTUNG AKTUELLER LBD ENTWICKLUNGEN SPEISUNG UND ABSCHALTUNG DURCH WECHSELRICHTER BEI INTEGRATION ODER EXTERN ANALYSE DER ST RSTR ME DES LICHTBOGENS IM BEREICH 1 500 KHZ JE NACH HERSTELLER Il 221 BILD 5 30 LINKS ELASTOMERBITUMENUNTERLAGSBAHN EPS D MMPLATTEN BITUMENDAMPFSPERRBAHN MIT NEUEM GASBRENNER RECHTS PVC DACHABDICHTUNGSBAHN STEINWOLLE D MMPLATTEN BITUMENDAMPFSPERRB HN Aer 227 BILD 5 31 LINKS DACHPARALLELER AUFBAU MIT BETONDACHSTEINEN UND PV MODUL RECHTS ZUNDINITIAL WURDE ZWISCHEN MODUL UND DACHOBERFL CHE PLATZIERT cuceanananennnnanenennennnn 227 BILD 5 32 ERGEBNIS NACH PR FUNG MODUL WURDE ZERST RT KEIN DURCHBRAND IN DACHOBERFL CHE BILD 5 33 STRANGMESSUNGEN AM GENERATORANSCHLUSSKASTEN sennennnsnnennnnnnennnnonnennnn nennen nennnnennnnnnn 231 BILD 5 34 SICHTPR FUNG LINKS AM WR UND MESSUNG RECHTS AM GAK IM RAHMEN DER ABNAHME 233 BILD 5 35 BEISPIELE THERMOGRAPHIE AM PV GENERATOR ssnssnnounnsnnrerronrrerrrerrerrrerrenrrerronrrerrrerrener 234 BILD 5 36 BEISPIELE THERMOGRAPHIE IN DER UNTERVERTEILUNG UND AM TRANSFORMATOR 234 BILD 5 37 GENERATORANSCHLUSSKASTEN MIT LASTSCHALTER UND TRENNKLEMMEN
96. 1 1 vergleichbar Folglich ist das Brandverhalten der Komponenten und des Moduls auf diese Anforderungen hin zu deklarieren Diese zus tzliche Kennzeichnung hilft Planern Architekten und vor allem Einsatzkr ften vorhandene Entz ndungsrisiken einzusch tzen Um ferner zu analysieren wie die normativen brandtechnologischen Anforderungen f r Anschlussdosen zu bewerten sind wurden mit diversen Pr flingen Vergleichsserien zur Bestimmung der Entz ndbarkeit von Dosenkomponenten durchgef hrt Ziel war es nachzuvollziehen ob die Pr fanforderungen aus den etablierten Regeln f r Modul Anschlussdosen ausreichend sind und damit die Entz ndbarkeit von Materialien bei einem auftretenden Lichtbogens ausreichend gering ist 194 Risikopotentiale hinsichtlich Lichtbogenentstehung in einer Anschlussdose haben grunds tzlich Bypass Diode Einf hrung und Verbindung der Hauptstr nge und der Kabelausgang Anschluss f r Zellverbinder Klemmen f r Dioden Anschluss PV Leitung Brennbares Geh usematerial em Bild 5 14 PV Anschlussdose mit Klemmanschl ssen Bei Entstehung des Lichtbogens ist davon auszugehen dass umliegende Materialien durch die extrem hohen Temperaturen des Lichtbogens gt 5000 C belastet werden Zur Sicherheitsqualifizierung muss untersucht werden ob die umliegenden Materialien im Falle eines Lichtbogens eine Brandweiterleitung bewirken k nnen d h tropfen ggf Materialteile brennend ab oder k nnen sie auch
97. 122 BILD 4 5 SCHEMATISCHER SPR HSTRAHLAUFBAU EINES MEHRZWECKSTRAHLROHRES eeeeeeeennnnnnnnnenennnnnn 124 BIED4 6 CM MEHRZWECKSTRAHLROHR u ee ege 125 BILD 4 7 C HOHLSTRAHLROHR QUELLE FFW MUNCHEN 125 BILD 4 8 VERSUCHSAUFBAU MIT SIMULIERTEM PV MODUL LOCHBLECHELEKTRODE UND HOHLSTRAHLROHR IN EINEM METER ABSTAND n s sssssssenesnnenneniernenieknthntkanknn knekter katEArEa n EAEE S EEEn EA EErEE Eanna nrnna nren 126 BILD 4 9 VERSUCHSAUFBAU MIT SIMULIERTEM K RPERWIDERSTAND ZUR MESSUNG DER ABLEITSTR ME BERIBEN LOSCHSTBA H E ee EE 126 BILD 4 10 MESSUNG DER ABLEITSTR ME BER DEN WASSERSTRAHL SCHEMATISCHE DARSTELLUNG GRAFIK SOLARPRAXIS AG HARALD SCH TT EEN 127 BILD 4 11 VERSUCHSPFAD ZUR LEITF HIGKEITSMESSUNG MIT L SCHMITTEL WASSER nnnnsssnnneseenseeneeeeeee 127 BILD 4 12 ABLEITSTR ME BEI CM MEHRZWECKSTRAHLROHR WASSER aeeennnnennnnnneesnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnn 128 BILD 4 13 ABLEITSTR ME BEI C HOHLSTRAHLROHR WASSER nennnenneennennnnnnennnnnnennnnnnnnnnnn nennen nennen nnnnnn 129 264 BILD 4 14 ABLAUFENDES WASSER BILDET LEITF HIGE BAHNEN ZUM NASSEN BODEN HIER VOLLSTRAHL 130 BILD 4 15 ABLAUFENDES WASSER BILDET LEITF HIGE BAHNEN ZUM WASSERBEDECKTEN BODEN HIER SPBU HSTRAF BETEN 130 BILD 4 16 STROMKREIS UND FEHLERSTROMKREIS eaeeeensnesnnnesnnnenennennnnonnnnnnnnnnennonennonnnnnnnesnnnennnnennnnnnnnenn 131 BILD 4 17 MESSUNG VON ABLEITSTR MEN BEIM L SCHEN UNTER SPANNUNG STEHENDER ELEKTRISC
98. 126 1 1 und DIN EN 61727 beschrieben Dabei werden auch Grenzwerte f r Netzr ckwirkungen definiert Eine Zusammenstellung von Vorgaben zur Anlagensicherheit von PV Systemen enth lt die von VDE und GDV erarbeitete Richtlinie VdS 3145 Darin finden sich Sicherheitsempfehlungen f r Planung und Betrieb der Anlage sowohl auf Systemebene als auch f r einzelne Komponenten Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Vermeidung und Begrenzung von Br nden sowie der Widerstandsf higkeit der Anlage gegen Umwelteinfl sse auch unter Beachtung der Landesbauordnungen Einige Spezialf lle von PV Anwendungen werden ebenfalls von Normen und Richtlinien behandelt DIN EN 61194 nennt Parameter verschiedener Komponenten eines PV Inselsystems und stellt Anforderungen an dessen Dokumentation DIN EN 62124 VDE 0126 20 gibt Anforderungen f r die Bauarteignung von in Verbindung mit einer PV Anlage betrieben Speichersystemen Laderegler f r solche PV Akkumulatoren werden in DIN EN 62509 behandelt Damit im Brandfall die Sicherheit der Einsatzkr fte gew hrleistet wird gibt die Anwendungsrichtlinie VDE AR E 2100 712 Ma nahmen vor um den Kontakt mit spannungsf hrenden Bauteilen zu vermeiden Besonders hervorgehoben sind die Installationsanforderungen der DC Leitungen und die Kennzeichnung der Leitungsf hrung in einem der Feuerwehr zug nglichen bersichtsplan Eine Zusammenfassung der derzeit erh ltlichen Normen zur Konfiguration von Photovoltaik Systemen zei
99. 30 kWp kann der dreiphasige Anschluss auch durch die Verwendung mehrerer einphasiger Anschl sse auf die Phasen verteilter Wechselrichter hergestellt werden sofern die maximal zul ssige Asymmetrie nicht berschritten wird 1 3 4 2 Messtechnik Die Stromz hler die die bezogene bzw produzierte Energie dokumentieren sind nach H he der Leistung des Anschlusses auszulegen Ab 100 000 kWh bezogener Energie pro Jahr bzw 100 kW eingespeister Leistung schreiben die TAB Lastgangz hler vor Ebenfalls organisieren die TAB Bereitstellung Montage Betrieb und Auslesung der Messeinrichtungen Der Z hlerschrank mit Kontaktierungs und Befestigungseinrichtungen wird vom Kunden bereitgestellt Je nach VNB erfolgt 28 beim Betrieb von Lastgangz hlern eine Fernauslesung die entweder als Funkl sung oder ber die Telefonleitung realisiert wird Bei regelm igen Betriebsstr men gt 60 A wird der Stromz hler als Wandlermessung ausgef hrt F r den Fall dass der Kunde die ihm einger umte M glichkeit einer Vergleichsmessung wahrnimmt regeln die TAB eine gemeinsame Nutzung des Wandlers 1 3 4 3 Schalt und Fernwirktechnik Zur galvanischen Trennung nach DIN VDE 0105 Teil 100 ist AC seitig eine Schalteinrichtung mit Lastschaltverm gen vorgeschrieben Bei Anlagen lt s30kWp kann diese als selbstt tige Freischaltstelle mit zwei parallelen Netz berwachungseinheiten gekoppelt mit jeweils einem Sicherungslasttrenn oder Leistungsschalter in Reihe ausg
100. 34 1997 67 DIBT DIBT Hinweispapier Hinweise f r die Herstellung Planung und Ausf hrung von Solaranlagen Berlin 2012 68 Dr N Bogdanski et al T V Rheinland Analytical methods to analyze ageing of PV modules on module level PVSEC Amsterdam 2014 69 F Reil Mechanische Beanspruchungen f r PV Module Transportbelastungen K ln 2009 70 Dehn S hne Blitzplaner 2 aktualisierte Auflage Neumarkt 2007 71 http www elektrofachkraft de fachwissen fachartikel regelwerke anforderungen der neuen din en 62446 vde 0 126 teil 23 2010 07 Abgerufen im Januar 2014 72 H Laukamp und G Bopp PV Fire Hazard Analysis and Assessment of Fire Incidents EU PVSEC Paris 2013 73 S Ring Bettermann Energy 2 0 Brandschutz auf dem Dach Juni 2012 74 W B Sandia National Laboratories Edition National Electric Code Article 690 11 2011 75 VDE Anwendungsregel VDE AR E 2100 712 VFDE Verlag GmbH Berlin 2013 76 www sonnenenergie de 2014 Online Available http www sonnenenergie de index php id 30 amp no_cache 1 amp tx_ttnews tt_news 92 77 Wikipedia 2014 Online Available http de wikipedia org wiki F C3 BCnf_Sicherheitsregeln 78 www solarprofessional com 2014 Online Available 4 http solarprofessional com articles design installation understanding the nec 20 14 and its impact on pv systems page 0 4 79 www pv brandsiche
101. 6 Planungsanforderungen f r die Brandbek mpfung Im Falle eines Geb udebrandes m ssen Feuerwehr Einsatzkr fte schnell und sicher an den Brandherd gelangen Bei einigen Eins tzen ist es unumg nglich direkt vom Dach aus in den darunterliegenden Dachstuhl zu gelangen und dort zu l schen In diesem Fall k nnte eine elektrische spannungsf hrende Anlage wie sie eine PV Anlage darstellt hinderlich sein insbesondere wenn sie die gesamte Dachfl che beansprucht was somit vermieden werden sollte So vielf ltig wie die Geb ude so unterschiedlich sind m gliche Zug nge zum Dachstuhl Hier sind beispielhaft die wichtigsten Dachvarianten mit Zugangsm glichkeiten dargestellt Bild 5 27 217 Ostseite Nordseite S dseite Westseite Ostseite Westseite Dachgaube Bild 5 27 Verschiedene Zugangsm glichkeiten f r die Brandbek mpfung am Schr gdach Quelle DGS Berlin In vielen F llen kann der Feuerwehrmann ber die zweite nicht durch einen PV Generator bedeckte Dachh lfte oft Nordh lfte in den Dachstuhl gelangen und von dort aus die Brandbek mpfung mit ausreichendem Abstand zu spannungsf hrenden Anlagenteilen vornehmen Wenn beide Dachh lften belegt sind wie es bei Ost Westd chern der Fall ist m ssen andere Dachzugangsm glichkeiten genutzt werden k nnen Andere Wege k nnen Gaubenfenster oder giebelst ndige Fenster sein Hierbei ist darauf zu achten dass diese die Abmessungen eines als Rettungsweg
102. Bauregelliste mit Relevanz zu PV Modulen und deren Anwendung definiert Downloadlink unter Anhang Il S 258 F r die Bauregeln und Baunormen ver ffentlicht das Deutsche Institut f r Bautechnik DIBi regelm ig die Bauregelliste und interpretiert die Europ ische Bauproduktenverordnung EU BauPVO f r Deutschland Daraus ergeben sich auch Anforderungen f r PV Anlagen und deren Komponenten Die Anforderungen mechanische Festigkeit Standsicherheit Brandschutz etc sind in der Informationsschrift Hinweise f r die Herstellung Planung und Ausf hrung von Solaranlagen November 2012 beschrieben Ebenfalls arbeiten der Branchenverband BSW und der Fachverband DGS an der Entwicklung von Fachregeln und im Normungsbereich zum Thema Solar z B die Fachregeln der brandschutzgerechten Planung Errichtung und Instandhaltung von PV Anlagen Downloadlink unter Anhang Il S 258 Die hier angegebenen Auflistungen stellen nur einen berblick ber die wichtigsten Normen und Normenreihen mit Bezug zur Photovoltaik dar und erheben keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit 1 3 1 1 Anforderungen an die PV Systemkonfiguration Allgemeine Anforderungen an Niederspannungsanlagen bis 1 500V DC Systemspannung zu denen auch PV Anlagen z hlen sind in der internationalen Normenreihe DIN IEC 60364 Errichten von Niederspannungsanlagen formuliert die beim VDE als DIN VDE 0100 gelistet ist Sie enth lt unter anderem allgemeine Sicherheitsbestimmungen Be
103. CHADENSVERTEILUNG BEI SCHADENSF LLEN MIT BESCH DIGTEM GEB UDE INDACH UMFASST AUCH FASSADENINTEGRIERTE ANLAGEN BASIS 57 SCH DEN aueesesseeeennnnenennennnnnnnnnnnnnnnnnnnn 55 BILD 3 13 ANZAHL DER SCHADENSURSACHEN F R MEHR ALS 100 FALE 56 BILD 3 14 NICHT BRANDSCHUTZGERECHTE INSTALLATION VON WECHSELRICHTERN AUF HOLZ ZUDEM SCHWER ERREICHBAR F R DIE WARTUNG FOTOS W SCHR DER PV SACHVERST NDIGER 2014 EE 57 BILD 3 15 GROBE EINTEILUNG DES NLAGENTEILS WO DER FEHLER AUFTRAT F R INSGESAMT 174 FEHLER ee ee 58 BILD 3 16 ANZAHL FEHLER PRO KOMPONENTE GESAMTZAHL FEHLER 174 eeeennennnsnennnnennennnnnnennnnen nenn 59 BILD 3 17 ANLAGENALTER ZUM SCHADENSZEITPUNKT 99 F LLE auaeeeannennnnannnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 60 262 BILD 3 18 SCHADENSF LLE NACH EINTRITTSJAHR MIT DEN ZUBAU RATEN STEIGT AUCH DIE SCHADENSH UFIGKEIT ANGABEN F R INSGESAMT 157 F LLE uueesnsensnneennensnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnn 61 BILD 3 19 ANZAHL DER SCHADENSF LLE PRO MONAT GESAMT IZ 61 BILD 3 20 ANZAHL DER SCHADENSF LLE IN ABH NGIGKEIT VON DER TAGESZEIT HIER 99 F R VIELE F LLE KONNTE KEINE UHRZEIT ANGEGEBEN WERDEN 62 BILD 3 21 RESTE ZWEIER STECKVERBINDER AUS DEM SCHUTT EINES WOHNHAUSES 9 FOTO INSTITUT F R SCHADENVERH TUNG UND SCHADENFORSCHUNG IFS uuu00nessnnnnnnnnnnnnnnnennnnn nn 63 BILD 3 22 BRAND EINES GENERATORANSCHLUSSKASTENS IN DER BILDMITTE SIEHT MAN EINEN BAUGLEICHEN KASTE
104. CaSi als Substrat einzusetzen was auf Basis der Vergleiche mit finalen Proben Module Pr fung an R ckseitenfolie siehe auch 02 2011 eine deutliche Tendenz verspricht N Sg e VTM 1 D L20059 E Klimamem m E olien Grenze Grenze Is 100 A A 1 y Qualit t de B L20057 C L20058 II A50 Sa Keine Klassifizierung a Damm _ ASTM E162 ISO 5658 2 ISO 11925 2 KBT mod EG 95 28 UL 94 Bild 5 21 bersicht der Probek rper und angewendeten Pr fungen Empfehlungen f r die Normung Es wird empfohlen entsprechend der Anforderungen aus der IEC 61730 1 auch endanwendungsbezogene Pr fungen miteinzubeziehen Eine Flammausbreitungs und Entz ndbarkeitspr fung am einzelnen Polymerkwerkstoff R ckseitenfolie ist alleinstehend nicht ausreichend Aus den Pr ferfahrungen von Currenta und T V Rheinland bei der Dachbelastungspr fung UL 790 Fire Test innerhalb der IEC 61730 2 an Modulen wird au erdem empfohlen bei Einzelpr fungen der Backsheets auch die sp tere Innenseite der Folie in einer Flammausbreitungsuntersuchung zu betrachten da hier teilweise auch andere Materialien als die eigentlich deklarierten Folien Kernlagen zum Einsatz kommen 204 Diese Ergebnisse und Erkenntnisse werden der WG 2 Normung der IEC TC 82 zur Verf gung gestellt und sind auch in aktuelle Entw rfe einer berarbeitung der IEC 61730 miteingeflossen 5 2 4 Transport
105. DCHEN 187 BILD 5 5 EL AUFNAHME MIT VERGR BERTEM ZELLRISS UNTEN IR AUFNAHME MIT HOT SPOTS AN DEN ZEUEUBERG NGEN EE 187 BILD 5 6 SPUREN ENTLANG DES ZELLRISSES INFOLGE VON VERSCHMORUNGEN UND LICHTBLITZEN 187 BILD 5 7 PR FSEQUENZ F R PV MODULE ZUR BESTIMMUNG DER LICHTBOGENANF LLIGKEIT AN ZELL VERBINDUNGEN ses sin ee 188 BILD 5 8 SCHEMATISCHER AUFBAU DER INDUKTIVEN MESSMETHODE ZUR UNTERSUCHUNG VON VERBINDUNGSFEHLERN ZWISCHEN ZWEI ZELLEN 189 BILD 5 9 VERGLEICH EL UND IR AUFNAHME AN EINEM GEALTERTEN Mont 190 BILD 5 10 DURCH DEN STRANGSTROM IN DEN ZELLVERBINDERN IM SENSOR INDUZIERTE SPANNUNG RELATIVE GR BEN PROPORTIONAL ZUM STRANGSTROM ISO 191 BILD 5 11 INLINEVERFAHREN ZUR DETEKTION VON ZELLVERBINDUNGSFEHLERN 66 191 BILD 5 12 PR FMETHODE ZUR ENTFLAMMBARKEIT NACH EN 1 32b0o71 2 192 BILD 5 13 MATERIALQUALIFIZIERUNG ZUR ENTFLAMMBARKEIT nneeeeennssssnssnnsnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 193 BILD 5 14 PV ANSCHLUSSDOSE MIT KLEMMANSCHL SSEN ee 194 BiLD 5 15 BEFLAMMUNG DES DECKELS IM BEREICH DER LEITUNGSANSCHL SSE UND BEFLAMMUNG DER KABELVERSCHRAUBUNG EINES PR FLINGS QUELLE TUV RnEINMLANDL Rene 195 BiLD 5 16 TESTSTAND ZUR PR FUNG DER BZUGSKRAFT ninininninnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnna 197 BILD 5 17 GEGEN BERSTELLUNG VON VERGLEICHSSERIEN ZUR BESTIMMUNG DER ZUGKRAFT VON LAMINATVERB NDEN ZWISCHEN EVA UND R CKSEITENFOLIE
106. Diese Forderungen entbinden die Rettungskr fte aber ebenfalls nicht von der Einhaltung ihrer bisherigen Sicherheitsregeln 5 6 2 Generelle Anforderungen an Systeme zur Abschaltung eines Solargenerators oder eines Solarmoduls In der Vergangenheit wurden bereits zahlreiche Vorschl ge zur Abschaltung von PV Anlagen in Notsituationen gemacht und teilweise auch erprobt Diese sind z B in 79 80 zusammengefasst und bewertet worden Eine erste Klasse von M glichkeiten basiert auf einer gro fl chigen lichtdichten Abdeckung des Solargenerators mittels z B L schschaum Abdeckplanen oder auch mit einem opaken Gel Diese L sungsans tze waren bislang entweder technisch nicht zielf hrend oder sind aus Sicht der Feuerwehr nicht praktikabel L schsch ume haften i d R nicht auf den meist geneigten und glatten Moduloberfl chen ein Gelauftrag ist zu zeitaufw ndig und Planen verlangen praktisch Windstille und sind bei gr eren Anlagen nicht einsetzbar s Bild 5 44 Rettungskr fte werden bei einem Hausbrand mit m glicher Personengef hrdung zun chst immer einen Innenangriff unter Einhaltung der bew hrten Verhaltensregeln versuchen und nicht vorrangig den Solargenerator abdecken Diese prinzipiellen M glichkeiten zur Abschaltung von Solargeneratoren finden sich nicht in der Anwendungsregel VDE AR E 2100 712 Bild 5 44 Versuche zur lichtdichten Abdeckung von PV Modulen Foto http pv notaus de gefahren html Die zweite Klasse von Sy
107. Diskussionen Das Normungsprojekt ist als gemeinsames Arbeitspapier mit Vertretern des CEN also der europ ischen Normung f r bautechnische Angelegenheiten zu sehen 230 Fazit Die europ ischen Pr fmethoden f r PV Anlagen welche auf D chern montiert sind stellen gegenw rtig noch kein harmonisiertes Bild im Sinne der Bauordnungen dar PV Module werden bislang nach der IEC 61730 2 mit der amerikanischen Pr fmethode UL 790 gepr ft Aufgrund der vielen in Europa g ltigen Normen zur Pr fung der Entz ndbarkeit und Brandweiterleitungseigenschaften von D chern ber cksichtigt die europ ische EN 61730 die Brandpr fung f r PV Module bisher nicht Zur Bem hung und Vereinheitlichung erarbeitet daher die europ ische Normungsarbeit gemeinsam mit Cenelec und CEN gegenw rtig eine Methode bei der die verschiedenen Installationsweisen an D chern ber cksichtigt werden 231 5 5 Inbetriebnahme und Betrieb Nach der bauseitigen Erstellung einer PV Anlage muss eine Inbetriebnahme stattfinden Dadurch soll sichergestellt werden dass die Anlage ordnungsgem funktioniert und von ihr keine Gefahren ausgehen blicherweise wird die ordnungsgem e Funktion durch Inbetriebnahmepr fungen nachgewiesen die durch Inbetrieobnahmeprotokolle dokumentiert werden F r PV Anlagen gilt hier vorrangig die DIN EN 62446 VDE 0126 23 Netzgekoppelte Photovoltaik Systeme Mindestanforderungen an Systemdokumentation Inbetriebnahmepr fung
108. Enth lt Informationen zum Blitz und VDE 0185 305 3 Bbl 5 berspannungsschutz bei PV Anlagen keine Blitz und berspannungsschutz f r PV genormten Festlegungen Stromversorgungssysteme DIN EN 61173 Nennt Ma nahmen gegen berspannungssch den in PV Systemen berspannungsschutz f r photovoltaische Stromerzeugungstechnik DIN EN 62124 Enth lt Kriterien f r die Bauarteignung von VDE 0126 20 Balance of System Bauteilen haupts chlich BOS Bauteile f r Photovoltaische Systeme Akkumulatoren Bauarteignung nat rliche Umgebung DIN EN 61194 Nennt Parameter verschiedener Komponenten Charakteristische Parameter von eines PV Inselsystems photovoltaischen PV Inselsystemen VDE AR E 2100 712 Gibt Ma nahmen zur Vermeidung von Kontakt Ma nahmen f r den DC Bereich einer PV mit spannungsf hrenden Bauteilen im Brandfall Systemkonfiguration Anlage zum Einhalten der elektrischen an Sicherheit im Falle einer Brandbek mpfung VDE AR N 4105 Gibt Empfehlungen f r die Technischen Anschlussbedingungen der Verteilnetzbetreiber Erzeugungsanlagen am Niederspannungsneiz Technische Mindestanforderungen f r Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz 1 3 2 Anforderungen an PV Module PV Module werden in der Regel vor ihrer Verwendung bzw Vermarktung einer Bauartpr fung unterzogen Die Anforderungen zur Bauarteignung sind in DIN EN IEC 61215 f r kristalli
109. Glas Folie Verbund e GIS D nnschichtmodul auf C sium Indium Selen Halbleiterbasis Glas Folie Verbund e CdTe D nnschichtmodul auf Cadmium Tellurid Halbleiterbasis Glas Glas Verbund durchgef hrt s a Kapitel 4 6 6 Hierbei wurde eine aufgest nderte dachparallele Solaranlage in Schr gstellung 23 Neigung nachgebilde bei der eine Feuerbeanspruchung von der Modul Unterseite erfolgte Brandendstehungs Szenario Beeinflussung durch einen Dachstuhlbrand Die Versuchsanordnung und die Versuchsdurchf hrung sind unter 4 6 6 1 detailliert beschrieben die Ergebnisse sind im Anhang unter IX Anlagen nachlesbar Die Versuche erfolgten unter einer Abzugshaube in Anlehnung an ISO 9705 bei einem Abluftvolumenstrom von ca 1 m s Folgende Gr en wurden zur Beschreibung des Brandverhaltens gemessen e N rmefreisetzungsrate e Raucherzeugungsrate e Temperaturen an der Modulvorder und r ckseite e _Massenverlust der Module und Masse der Brandr ckst nde e zerst rte Modulfl che Es wurden mittels zwei verschiedener Brennerleistungen von 25 kW und 150 kW differente Brandbeanspruchungen simuliert In den Versuchen mit 25 kW Brennerleistung traten an allen drei Modultypen nur lokal begrenzte ansonsten prim r oberfl chige Besch digungen auf 46 N Laf Zr RN ATA Bild 3 2 Besch digungen nach Beanspruchung mit 25 kW Brennerleistung links c Si Mitte CIS quer angeordnet Rechts CdTe quer angeordnet Bei 150 k
110. H CH CH CH Bild 3 18 Schadensf lle nach Eintrittsjahr Mit den Zubau Raten steigt auch die Schadensh ufigkeit Angaben f r insgesamt 157 F lle Bild 3 18 zeigt die Anzahl der gefundenen Sch den pro Jahr Man erkennt einen starken Anstieg in den Jahren 2011 2012 der mit etwas Verz gerung den starken Zubau in den Jahren 2010 2012 von jeweils etwa 7 GWp widerspiegelt Aus der Ende 2011 installierten Kapazit t von etwa 25 GWp und den 65 Schadensf llen in 2012 kann man grob eine H ufigkeit von potentiell brandausl senden Fehlern von 0 3 pro MWp und Jahr absch tzen Dies d rfte eine konservative Absch tzung sein insofern die Installationsfehler des Baubooms von Dezember 2011 dort enthalten sind Die Zahl der Installationsfehler sollte in normalen Jahren deutlich geringer sein 3 3 2 5 Zeitpunkt des Fehlers Zum Verst ndnis der Mechanismen die zum Brand f hren k nnen helfen die beiden folgenden Grafiken Sie zeigen die Abh ngigkeit der Fehlerh ufigkeit von der Jahres und der Tageszeit 35 30 20 15 10 i Un E un Jan Feb M r Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Bild 3 19 Anzahl der Schadensf lle pro Monat gesamt 171 62 20 15 10 l A i II O W NY Sg ci amp amp ci Si o di di di di d i b H ufigkeit x Bild 3 20 Anzahl der Schadensf lle in Abh ngigkeit von der Tageszeit hier 99 f r viele F lle konnte keine Uhrzeit angegeben werden In beiden Diagram
111. HER ANLAGEN VERSUCHE AUF DEM GEL NDE DER OVAG IN 2014 KOOPERATIONSPROJEKT OVAG EINE e 132 BILD 4 18 MESSUNG VON ABLEITSTR MEN L SCHEN MIT SCHAUM UNTER SPR HSTRAHLEINSTELLUNG VERSUCHE AUF DEM GEL NDE DER OVAG IN 20714 132 BILD 4 21 HOLZ DUMMY IM VERSUCHSBECKEN UND SCHEMATISCHER VERSUCHSAUFBAU nnnnneenennesnnnnenenn 137 BILD 4 22 LICHTSPEKTRUM BEI HALOGENSTRAHLERN VERSCHIEDENER HERSTELLER UND VERSCHIEDENER LEIST NGSKLASSEN 2a E ee 142 BILD 4 23 SPEKTRALE EMPFINDLICHKEIT VERSCHIEDENER MODULTECHNOLOGIEN ns ssnssssssnssnrorererrrerrenes 142 BILD 4 24 ERZEUGTE KURZSCHLUSSSTR ME BEI VERSCHIEDENEN KOMBINATIONEN SCHEINWERFERTYP MODULTYP Eee elite 143 BILD 4 25 HALOGEN EINSATZSTRAHLER DES THW SIEGBURG BELEUCHTEN EINE KOMPAKTE KONSTRUKTION AUS SECHS MODULEN an ana ea area 144 BILD 4 26 MESSUNG DER DURCH DIE STRAHLER ERZEUGTEN EINSTRAHLUNG IN MODULEBENE OBEN UNTEN SEITLICH UNDMIETIS ee ee een 144 BILD 4 27 KURZSCHLUSSSTROM GEMESSEN UND EXTRAPOLIERT BEI BESTRAHLUNG MIT HALOGENSTRAHLERN UNTERSCHIEDLICHER LEISTUNG nen 144 BILD 4 28 EMISSIONEN UND GEF HRDUNGEN IM BRANDFALL neannennnnesnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnn nn 148 BILD 4 29 PROBE EINES CDTE MODULES MIT VERLAUF DES CD ANTEILS INNERHALB DER GESCHMOLZENEN UND WIEDER ERKALTETEN PROBE QUELLE 47 2222220022220220002000000n00BRRRRenn0 on nennennnsnenne 150 BILD 4 30 RUCKSTANDSANALYSE VOR UND NACH BRANDTEST AN CDTE UND GIGS MODULP
112. IE BEI EINEM FESTEN KONTAKTABSTAND SCHEMATISCH 41 BILD 3 1 VERBRENNUNGSW RME VERSCHIEDENER POLYMERE IM VERGLEICH ZU KONVENTIONELLEN BIEZS FOFFEN IO EE 44 BILD 3 2 BESCH DIGUNGEN NACH BEANSPRUCHUNG MIT 25 KW BRENNERLEISTUNG LINKS C SI MITTE CIS QUER ANGEORDNET RECHTS CDTE QUER ANGEORDNET 46 BILD 3 3 BESCH DIGUNGEN NACH BEANSPRUCHUNG MIT 150 KW BRENNERLEISTUNG LINKS C SI MITTE CIS QUER ANGEORDNET RECHTS CDTE QUER ANGEORDNET 46 BILD 3 4 W RMEFREISETZUNGSRATE DES C SI MODULS W HREND DER VERSUCHE ROT 25 KW GR N 150 KW BRENNER BLAU HIER WURDE DAS FEUER NACH 7 MIN GEL SCHT AN DIESER STELLE NICHT RELEVANT EE 47 BILD 3 5 LINKS VERSUCHSAUFBAU T V CURRENTA MIT FL CHENBRENNER FOTO TUN RHEINLAND RECHTS VERSUCHSAUFBAU BAM MIT PUNKTF RMIGEM GASBRENNER IN MITTIGER POSITIONIERUNG FOTO BAM TT 48 BILD 3 6 LICHTB GEN IN PV MODULEN FOTOS T V BuEINLAND narn 49 BILD 3 7 M GLICHE AUSBREITUNG VON SERIEN UND PARALLELLICHTB GEN IN EINEM PV SYSTEM QUELLE Hals Een 50 BILD 3 8 VERBRANNTE PV MODULE AUF EINEM FLACHDACH UNTERKONSTRUKTION HIER MIT KU NSTSTOFEWANNEN ee Eee 52 BILD 3 9 NACH DEM BRAND EINER WERKSTATT MIT LAGER UND FAHRZEUGHALLE BILD FEUERWEHR NORDERNEY RE E 52 BILD 3 10 BERSICHT ZUR SCHADENSH HE DER UNTERSUCHTEN F LLE aueeeeeannnnnnannnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 53 BILD 3 11 AUFTEILUNG DER SCH DEN NACH ANLAGENTYP BASIS139 GCHADEN 54 BILD 3 12 S
113. Kabel Zugkr fte auftreten k nnen Es muss sichergestellt sein dass diese Kr fte nicht die Qualit t der Verbindung beeintr chtigen k nnen Zu 2 Korrosionsschutz Anschlussdosen werden mit der hohen Schutzart IP65 ausgewiesen Unvergossene Anschlussdosen haben m glicherweise infolge von Temperaturwechseln und Feuchteeinfl ssen Nachteile gegen ber vergossenen Anschlussdosen Das Risiko dass Feuchtigkeit in die Dose eindringen kann und die Kontaktstellen korrodieren ist hierbei h her Au erdem ist im Falle eines Lichtbogens eine h here Sauerstoffzufuhr gegeben was die Erhaltung des Lichtbogens und somit die Brandentstehung beg nstigt Eine Vergussmasse bringt mehrfachen Nutzen Dichtheit elektrische Isolierung und Brandhemmung 30 Nachteilig ist dagegen die mangelnde Wartungsfreundlichkeit Ein gegebenenfalls n tiger Austausch von defekten Bypassdioden ist nicht m glich Es ist zu beachten dass manche Klemmverbindungen nicht vergossen werden d rfen weil dadurch die Nachstellung stark behindert wird und in Folge eine berhitzung oder gar ein Lichtbogen entstehen k nnen 84 Zu 3 W rmeableitung in der Anschlussdose Anschlussdosen sind auch im Normalbetrieb erh hten Temperaturen ausgesetzt Im Fehlerfall kann sich die Temperatur in der Dose auf ber 200 C erh hen im Falle eines Lichtbogens werden Temperaturen von mehreren 1000 C erreicht Neben der entsprechenden Materialauswahl ist eine schnelle Ableitung der ents
114. LEITFADEN Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung Projekttr ger Dr Ing Klaus Prume Projekttr ger J lich Dipl Ing Jochen Viehweg Projekttr ger J lich Verbundpartner T V Rheinland Energie und Umwelt GmbH Fraunhofer Institut f r Solare Energiesysteme ISE Projektpartner Berner Fachhochschule Technik und Informatik Berufsfeuerwehr M nchen Currenta GmbH amp Co OHG Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie e V Berlin Energiebau Solarstromsysteme GmbH T V Rheinland LGA Products GmbH 1 Auflage M rz 2015 Gel rdert durch MR Bundesministerium ZA f r Wirtschaft ge und Technologie A TUVRheinland A Fraunhofer Genau Richtig ISE autgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Impressum Das vorliegende Industriehandbuch einschlie lich des verwendeten Bildmaterials ist urheberrechtlich gesch tzt Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form durch Fotografie Mikrofilm oder ein anderes Verfahren ohne schriftliche Genehmigung der Herausgeber reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet vervielf ltigt oder verbreitet werden Der Bezug als PDF Datei erfolgt ber nachfolgenden Kontakt T V Rheinland Energie und Umwelt GmbH Am Grauen Stein 51105 K ln Telefon 49 221 806 5222 E Mail solarenergie de tuv com Fax 49 221 806 1350 Autoren T V Rheinland Energie und Umwelt GmbH A
115. Lichtbogen Risikostellen in PV Anlagen nennen nnnnnennnnnnennennnnnenn 79 3 9 1 Vie el UE 79 3 5 2 Steckverbindungen und Verkabelung nennen nnennnnnnnnnnnnennnnnnennnennnnnn 88 3 5 3 SICHETUN E 90 3 5 4 Freischalter und Trennstellen u u uu uess a eg eeh S Eden N 91 3 5 5 GEHEratoranschlusskasten nein 92 3 5 6 WEENSEIFIEHTET nie ee nes 94 3 5 7 WECHSEISEFOMINSTAN AO sises ee 99 3 6 E e 100 3 6 1 Methodik EE 100 3 6 2 Bewertung der Risikostellen in PV Anlagen osnunsssensssensssenssseessseessseessseessseessreessseessseessseesssee 102 3 6 3 SEHLUSSTO BEFUNDEN nee emailen re 106 Gef hrdung von Rettungskr ften im Schadensfall u ss2u02u020022n0nunnunnnnnnnnnunnnnnnnnnunsnnnnnnnennennnen 107 4 1 GefahrenanalyseJ r Rettungskrafte eene een 107 4 2 Elektrische Gef hrdung f r Einsatzkr fte 00anne0nnnnneennnnneesnennesseeressseeressserressseresssseressserressserressserene 110 4 2 1 AllgemelneSszenatien ie ee 110 4 2 2 Eiter IR EE 112 4 2 3 TechnischeHilfeleisst ng an sense Die inn 114 4 3 Mechanische Gef hrdung f r Einsatzkr fte 0000nnnnoonnnnnensnnneessenneessenressseresssseresssreressserressserresseereee 115 4 3 1 Einsturz von Geb udeteilen oder Anlagenteilen nennen nnennnnnnenn 115 4 3 2 Absturz von e Ee e EE 115 4 3 3 Thermische Spannungen im Modul 116 4 3 4 EXDIOSION a ee ee ee nisse 116 4 4 LEE 117 4 4 1 Brand voNSOlarmaQulen ae ae N 117 4 4 2 Mechanische Besch digung von elek
116. Moduls das nach ca 2000 dynamischen Lastzyklen in Anlehnung an EN 12211 12210 einen Feuersto infolge eines kurzen Lichtbogens im Druckzyklus an einer Zellverbindungsstelle erzeugt hat Die Verbindungstechnologie dieser Module hier vorliegend Zellverbinder waren zwischen den Zellen gel tet stellt zwar nicht den State of the Art sicherer Kontaktierungsm glichkeiten dar jedoch ist es hier gelungen einen Lichtbogen ohne k nstlich mechanisch eingepr gte Sch digungen der Zellverbinder zu erzeugen Irefi 20 Tatm 21 Abst l 4 FOV 43 2012 01 24 15 78 19 0 500 e 0 98 Bild 5 2 Lichtbogen innerhalb eines PV Moduls Bild 5 3 IR Aufnahme Beim dargestellten Modul z ndete der Lichtbogen im Moment des maximalen Druckes w hrend des Zyklus Dabei floss der gesamte Strom ber den zweiten Busbar des betroffenen Strings Hier brach der verbliebene Zellverbinder im n chsten Druckzyklus auf Kurz darauf wurden die Dioden durch die kurzzeitig hohe vorliegende Spannung zerst rt Der gesamte Modulstrom wurde ber die Bypass Diode geleitet Die Diode wurde leitend eine Spannung lie sich nicht mehr aufbauen Bei allen Versuchen wurden die Module jeweils vor und nach den Messungen mit EL Aufnahmen und IV Kennlinien vermessen w hrend der Belastungspr fungen wurden die Module mittels IR Aufnahmen beobachtet Um die Stromflussverteilung in einer Zelle ber EL Aufnahmen sichtbar zu machen ist ein unbelastetes Modul eines anderen Fabri
117. N ER BESITZT KEIN SCHUTZDACH QUELLE FREIWILLIGE FEUERWEHR BOL 64 BILD 3 23 TECHNIKRAUM EINER PV ANLAGE NACH EINEM BRAND 65 BILD 3 24 DEUTLICHE BERHITZUNGSSPUREN AN ANSCHL SSEN UND IM INNEREN EINES BERLEBENDEN ee DIE EE 66 BILD 3 25 GESAMTWIDERSTAND VON VIER SCHALTERN IN ABH NGIGKEIT VON DER ZAHL DER SCHALTZYKLEN SCHALTER 6 11 UND 12 SIND VOM SELBEN TYP SCHALTER 14 IST EIN ABWEICHENDER TYP 67 BILD 3 26 GEPR FTER DC HAUPTSCHALTER MIT KONTAKT MNP 68 BILD 3 27 BESCH DIGTE STECKKONTAKTE IN EINER MODULANSCHLUSSDOSE s ssssseesssssrrrrrrrrrrrrrrrreee 69 BILD 3 28 AUSGEBRANNTER AC ANSCHLUSS EINER PV ANLAGE FOTO ULI MOTZER W RTTEMBERGISCHE VERSICHERUNG anni 70 BILD 3 29 DAS ENDE EINER ALUMINIUMLEITUNG FOTO ULI MOTZER W RTTEMBERGISCHE VERSICHERUNG KEE EE 70 BILD 3 30 HEIR GEWORDENER SICHERUNGSEINSATZ FOTO H GODARD ENERGOSSA uucnnnnneeenennnns 70 BILD 3 31 VERBRANNTE LEITUNGEN AN EINEM WECHSELRICHTER QUELLE FEUERWEHR WEYERBUSCH 71 BILD 3 32 MONTAGE DER WECHSELRICHTER AUF OSB PLATTE LINKS HIER IST ES PASSIERT FOTO FREIWILLIGE FEUERWEHR DER GEMEINDE PERL 2011 RECHTS HIER SIEHT ES OPTISCH GUT AUS IST ABER NICHT BRANDSCHUTZGERECHT FOTO W SCHR DER PV SACHVERST NDIGER 2014 72 BILD 3 33 GLIMPFLICH VERLAUFENER BRANDFALL FOTO FEUERWEHR ELLWANGEN 73 BILD 3 34 LICHTBOGENEREIGNIS IN EINER DACH AUFGEST NDERTEN PV ANLAGE LINKS BITUMEN DACHBAHNEN BRENNEN UNTER S
118. N 50272 2 2001 ist eine detaillierte Formel und Tabelle zur Berechnung dieses Volumenstromes angegeben Bei wartungsfreien Bleibatterien mit verschlossenen Zellen und in Gel oder Vlies gebundenem Elektrolyt ist dieser Volumenstrom f nfmal kleiner als bei geschlossenen Zellen mit Fl ssigelektrolyt Deshalb kann eine ausreichende Bel ftung hier meist durch zwei kleine ffnungen im Batterieraum nach au en sichergestellt werden Lithium Ionen Batterien d rfen nicht berladen werden somit entstehen auch keine Gase beim Laden Da im St rungsfall unter ung nstigen Bedingungen trotzdem der alkoholhaltige Elektrolyt austreten kann wird f r die meisten Lithium Batterien f r den Aufstellungsort ein Mindestraumvolumen vorgeschlagen 225 5 4 Spezielle Brandanforderungen f r PV Anlagen auf und an D chern In einem Parallelprojekt wurde unter F rderung des Bundeswirtschaftsministeriums BMWi F rderkennzeichen 01FS12053 durch T V Rheinland Currenta GmbH und Co OHG und der Universit t Wuppertal pr normative Arbeit im Bereich Brandanforderungen von PV Anlagen auf und an D chern geleistet Zentrale Zielsetzung dieses Projektes ist eine Definition von Brandpr fmethoden die angepasst an die Produktwelt der dachintegrierten und additiven PV Systeme realistische Brandbelastungen durch Einfl sse u erer Br nde abbilden Diese Pr fmethoden sollen aus den Erkenntnissen der Versuchsserien generiert werden welche sich aus Einzelbetracht
119. O Bild 3 16 Anzahl Fehler pro Komponente Gesamtzahl Fehler 174 Anschlussdose steht f r Modulanschlussdose Crimpung f r Crimpkontakte von DC Steckern GAK f r Generatoranschlusskasten WR f r Wechselrichter und Trafo f r den Netztransformator der Einspeisestation Angegeben sind die Fehlerorte die mit der in jedem Einzelfall m glichen Aufl sung bestimmt werden konnten Das hei t wenn ein Modulschaden gemeldet wurde steht der unter Modul wenn ein Schaden an einer Modulanschlussdose gemeldet wurde steht der unter Anschlussdose Um die Gesamtzahl der Fehler z B an Modulen zu erhalten muss man die Fehlerzahlen von Module Anschlussdosen und Zellverbinder zusammen z hlen Die meisten Fehler treten bei Modulen und Wechselrichtern auf Dieses Ergebnis ist nicht ganz berraschend mit dem Modul ist die zahlenm ig herausragende Komponente mit dem Wechselrichter die komplexeste Komponente einer PV Anlage betroffen Auf der DC Seite sind die meisten Systemkomponenten mit etwa gleichen H ufigkeiten betroffen Wenn man DC Stecker und Crimpung zusammen z hlt ist der DC Stecker mit 18 Z hlungen nach dem Modul die am zweith ufigsten fehlerbehaftete Komponente Auf der AC Seite ist die AC Klemme nach dem Wechselrichter der h ufigste Fehlerort Hier schlagen vor allem Installationsfehler zu Buche Fehlerorte im Generatoranschlusskasten am Wechselrichter und in der AC Verteilung li
120. PV Anlagen ge nderte Version 2 PV Brandschutz Workshop Freiburg 2013 14 H H berlin Was tun bei Detektion Sinnvolle Strategien zum Erreichen eines sicheren Anlagenzustands bei Ausl sen des Lichtbogendetektors 2 PV Brandschutz Workshop Freiburg 2013 15 L Erbe Typische M ngel an Photovoltaikanlagen http www schadenprisma de pdf sp_2011_3_4 pdf Schadenprisma 2011 16 C Bendel Qualit tsm ngel in Photovoltaikanlagen Kassel Elektropraktiker Photovoltaik 2011 17 M Schmitt M ngel bei der Errichtung von Photovoltaikanlagen Tagungsband 26 nationales 2 2 Sypmposium Photovoltaik Bad Staffelstein 2011 18 I R pcke Feuergefahr im Kuhstall Photovoltaik Magazin 04 2009 19 K Freier Bundesumweltministerium Berlin BMU Jetzige und k nftige Anforderungen des EEG Vortrag bei der 1 Deutsche Photovoltaik Sicherheitstagung Berlin 09 2013 20 R Br ck T V Rheinland LGA Products GmbH Anforderungen an die Interoperabilit t von Steckverbindern http www tuv com media germany 10_industrialservices pv __modulworkshop_2012 5 4 Brueck_Anforderungen_an_die_Interoperabilitaet_von_Steckverbindern 9 Workshop Modultechnologie K ln 2012 21 M Berginski Multi Contact Sichere Steckverbindungen Paarung von Fremdprodukten Crimpen im Feld 2 ter Workshop PV Brandsicherheit http www pv brandsicherheit de fileadmin WS_24 01 13 09_Berginski_Sic
121. ROBEN QUEUE BAM 2013 EE 151 BILD 4 31 CADMIUM IMMISSIONSKONZENTRATION IN ABH NGIGKEIT VON DER ENTFERNUNG ZUM BRANDORT BEI EINEM MAX CADMIUM GEHALT VON 66 G M WORST CASE eeanennnesnnnsnnnnnennnnnnennnnennnnnen nenn 152 BILD 4 32 BEISPIELHAFTE SCHADSTOFFKONZENTRATION IN ABH NGIGKEIT VON ENTFERNUNG UND H HE QUELLE UMWELTBUNDESAMT STERREICH IS it 153 BILD 4 33 MARKTANTEILE DER H UFIGSTEN ZELLTECHNOLOGIEN QUELLE PHOTON EUROPE GMBH APRIL NR EEN 156 BILD 4 34 VERSUCHSAUFBAU HIER DARGESTELLT MIT EINEM C SI MODUL 222220000222snnnneesnnnnnnneennn 166 BEDA 39 GASBRENNER EE 166 BILD 4 36 BRANDVERSUCH MIT EINER BRENNERLEISTUNG VON 25 KW OBEN UND 150 KW UNTEN 168 BILD 4 37 SCHADENSAUSMAB BEI C SI BEI 25 KW BRENNERLEISTUNG OBEN UND 150 KW UNTEN 169 BILD 4 38 BRANDR CKST NDE VON 2 CIGS MODULEN AL RAHMEN GESCHMOLZENES GLAS VERBACKENE KUNSTSTOFFRESTE RUB UND ASCHE nennen ann nun nnnnn ann nn nn nun nrnna rnanan anneren 175 265 BILD 4 39 DURCHSCHNITTLICHER BLEIANTEIL IM BRANDBUCKSTAND 175 BILD 4 40 DURCHSCHNITTLICHER CADMIUMANTEIL IM BRANDRUCKSTAND 176 BILD 4 41 GEMESSENE SCHADSTOFFKONZENTRATIONEN VON BLEI UND CADMIUM IM L SCHWASSER 177 BILD 5 1 DARSTELLUNG DER AUFGABE EINER BRANDWAND QUELLE BW 180 BILD 5 2 LICHTBOGEN INNERHALB EINES HV Mopus nn nun anne nn nenn 186 BILES e EE TEE 186 BILD 5 4 PR PARIERTES PV MODUL MIT M ANDERF RMIGER DURCHTRENNUNG DER LEITERB N
122. Str me aufgrund der erheblich geringeren Nennleistung eines D nnschichtmoduls deutlich geringer als die bei kristallinen Modulen 4 5 2 2 Homogenit tsuntersuchungen Die Untersuchungen zeigten dass die Homogenit t des erzeugten Lichtes mit zunehmender Entfernung zunimmt Im Gegenzug nimmt allerdings die Beleuchtungsst rke auf dem Modul stark mit zunehmender Entfernung ab theoretisch unter idealisierten Bedingungen proportional mit dem Quadrat der Entfernung Als kritischster Fall in Bezug zur erzielbaren Stromst rke ist damit die Kombination eines Strahlers mit einem Modul zu sehen was nicht praxisrelevant ist aber zur Absicherung des Worst Case Falles genutzt werden kann Zur praktischen berpr fung wurden 2 Versuchsreihen durchgef hrt Die erzeugten Str me und Spannungen wurden in einem 1 Schritt in einem einzelnen Modul in einem 2 Schritt in einem Strang von 6 in Reihe geschalteten Modulen bei maximal kompakter 144 Bauweise 2 x 3 Module hochkant bereinander gemessen Die Konstruktion wurde von der Firma Energiebau Solarstromsysteme K ln extra daf r angefertigt siehe Bild 4 25 und Bild 4 26 Bild 4 25 Halogen Einsatzstrahler des THW Siegburg Bild 4 26 Messung der durch die Strahler erzeugten beleuchten eine kompakte Konstruktion aus sechs Mo Einstrahlung in Modulebene oben unten seitlich und dulen mittig Es wurden Versuche mit Entfernungen von 5 bis 20 m bei verschiedenen Lampentechnologien auch kombinier
123. TARKER RAUCHENTWICKLUNG UND TROPFEN BRENNEND AB RECHTS GL CKLICHERWEISE KONNTE DAS GEB UDE GERETTET WERDEN FOTOS FREIWILLIGE EES 74 BILD 3 35 EL AUFNAHME EINES INTAKTEN MODULS a a llnannannnnannnnnnnnnnnnnnnunnnnnnrnnrnrrarrnrrnrrnrrnrrnrnnrnnrrnrnnrnernnn 75 BILD 3 36 EL AUFNAHME EINES MODULS MIT MIKRORISSEN UND ZELLBRUCHEN 75 BILD 3 37 H UFIG AUFTRETENDE SCH DEN IN DER WARENEINGANGSPR FUNG BER 50 ST CK JAHR 76 BILD 3 38 FEHLERH UFIGKEITEN BEI REKLAMIERTEN MODULEN 78 BILD 3 39 H UFIGKEIT VON SCHADENSBILDERN BEI VERSCHIEDENEN HERSTELLERN ueennennnnnnneesnnnnnnnnnnnnnn 78 BILD 3 40 ANZAHL DER EINGESETZTEN ZELLVERBINDER BEI VERSCHIEDENEN MODULTYPEN oa 79 BILD 3 41 H UFIGKEIT DER ANZAHL DER BUSBARS IN ABH NGIGKEIT VON DER ZELLGR BE eeeeeennnnnnnnnnnnens 80 BILD 3 42 AUSWIRKUNGEN EINES PROVOZIERTEN LICHTBOGENS DURCH DURCHTRENNEN DER ZELLVERBINDER FOTOS T V BuEINLAND naak naekna e EAA EEEa EEEE EEEE E EEEa annann ran 81 BILD 3 43 ANSCHLUSSDOSE NACH LICHTBOGEN ZWISCHEN ANSCHLUSSLEITUNG UND ANSCHLUSSKLEMME 5 263 BILD 3 44 KONTAKTVARIANTEN AANEREN RENE 83 BILD 3 45 WADMEABLEITTUNGEN 84 BILD 3 46 DIREKTER BLITZSCHADEN AN EINER 10 JAHRE ALTEN ANLAGE QUELLE PHOTOVOLTAIK B RO IERT 85 BILD 3 47 MODULANSCHLUSSDOSE MIT DEFEKTEN BYPASSDIODEN INFOLGE EINGEKOPPELTER BLITZSTR ME eege 87 BILD 3 48 ERGEBNIS DER PAARUNG VON STECKVERBINDERN UNTERSCHIEDLICHER HERSTELLER 33 88 BILD 3 49 VERGLEICH
124. V 65 herangezogen Diese gibt Grenzwerte f r die Belastung des industriellen Kl rschlamms mit Schwermetallen und anderen Schadstoffen zum Schutz der Umwelt insbesondere des Bodens vor 165 4 6 6 Laborversuche Im Rahmen des dieser Arbeit zugrunde liegenden BMU Forschungsprojekts erfolgten im Brandversuchshaus von CURRENTA im Juni 2014 experimentelle Untersuchungen mit dem Ziel die Schadstofffreisetzung von Photovoltaik Modulen im Brandfall experimentell zu charakterisieren Das Untersuchungsprogramm umfasste dabei drei verschiedene Modultypen Tabelle 4 25 Es wurden jeweils handels bliche und aktuelle Module untersucht Die Module wurden in geneigter Anordnung an der R ckseite mit einem Gasbrenner beflammt um ein m gliches Brand entstehungsszenario bei dachadditiven PV Anwendungen zu simulieren Schadstoffanalysen erfolgten an Rauchgas Brandr ckstands und L schwasserproben Tabelle 4 25 Modultypen Polykristallin c Si Glas Folie 1655 1000 D nnschicht CIS Glas Folie 1255 35 Dicke des Rahmens 4 6 6 1 Versuchsaufbau Die PV Module wurden mit ber Kreuz angeordneten Profilschienen auf einer Faserzement Tr gerplatte montiert die sich auf einer um 23 zur Horizontalen geneigten Pr fplattform befand Bild 5 34 Die Neigung wurde analog zu der Dachbrandpr fung nach UL 790 gew hlt Die Module ragten um 45 cm ber die Vorderkante der Tr gerplatte hinaus und wurden in diesem Bereich an ihrer Unterseite befla
125. V dargestellt Gy 400 modo Pb in Wohngebieten R ckstand Anteil in mg kg Bild 4 39 Durchschnittlicher Bleianteil im Brandr ckstand 176 Cadmium GW AU mgikg Cd in Wohngebieten R ckstand Anteil in mg kg Bild 4 40 Durchschnittlicher Cadmiumanteil im Brandr ckstand Aus Bild 4 39 ist zu ersehen dass in den Brandr ckst nden des kristalllnen Moduls im Mittel der Pr fwert f r Blei nach der Bodenschutzverordnung um den Faktor 4 berschritten wurde w hrend die D nnschichtmodule unkritische Werte aufweisen Dagegen zeigt Bild 4 40 f r Cadmium eine berschreitung des Pr fwertes um den Faktor 5 f r das CdTe Modul Liegt beim betrachteten Areal eine Nutzung als Hausgarten oder Kinderspielfl che vor so ist der zul ssige Pr fwert laut BBodSchV auf 2 mg kg reduziert sodass einem m glichen Cadmiumeintrag in den Boden besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist In diesem Fall kommt auch die gemessene R ckstandskonzentration vom CIS Modul in den kritischen Bereich F r das kristalline Modul ist keine Pr fwert berschreitung gemessen worden F r Arsen wurde bei keinem der Testmuster ein kritischer Wert gemessen Fazit Beim Brand von PV Modulen k nnen technologieabh ngig in den Brandr ckst nden Konzentrationen von Blei oder Cadmium enthalten sein die einen Schadstoffeintrag in den Boden in kritischer Menge bewirken k nnen Eine fachgerechte Entsorgung der Brandr ckst nde und ggf Bodenaustausch wird dahe
126. W Brennerleistung wurden dagegen alle Modultypen gro fl chig zerst rt Bild 3 3 Besch digungen nach Beanspruchung mit 150 kW Brennerleistung links c Si Mitte CIS quer angeordnet Rechts CdTe quer angeordnet Glas Folie Module c Si CIS Im Ergebnis der Laborversuche kann zusammenfassend festgestellt werden dass bei den Pr fmustern bereits im Zeitraum von ca 1 5 min 4 min Material brennend abgefallen ist dass sich nach 2 4 min die R ckseitenfolie abl ste und ein Vollbrand nach 6 8 min eingetreten ist Die obere Glasscheibe zerbrach nach 7 10 Minuten Nach ca 12 Minuten waren die meisten brennbaren Anteile bereits zersetzt Glas Glas Modul CdTe Bei diesem Pr fmuster kam es ebenfalls bereits nach 2 5 min zum Abfallen brennenden Materials das Glas R ckseite brach nach ca 4 min und 30 s sp ter kam es zum Feuerdurchtritt Solange noch brennbares Material nach Ende der Beflammung vorhanden war kam es bei allen 3 Pr ftypen unter Einsatz des 150 kW Brenners zum Nachbrennen von 2 3 min Bei den Versuchen mit lediglich 25 KW Brennerleistung wurde kein signifikantes Nachbrennen festgestellt 47 Das bedeutet dass bei einer relativ geringen Beanspruchung z B einem kleineren Lichtbogen der durch einen LB Detektor abgeschaltet wird bei diesen Pr flingen kein eigenst ndiges Weiterleiten eines Feuers erfolgt w re Befindet sich dagegen ein PV Modul einmal im Vollbrand so kann es selbst ndig wei
127. Widerstandserh hungen z B an alternden Kontaktstellen auftreten Dadurch wird eine gef hrliche Spirale mit forcierter Alterung bei erh hter Temperatur in Gang gesetzt an deren Ende je nach beteiligten Materialien und baulicher Konstruktion eine Verschmorung oder aber auch im Worst case ein Lichtbogen entstehen kann Kontakte und damit potentielle Risikostellen gibt es in gro er Anzahl in jeder PV Anlage Allein in einem Modul sind hunderte Kontaktierungen zwischen den einzelnen Zellen und Strings verbaut Bild 3 6 Lichtb gen in PV Modulen Fotos TUV Rheinland Ist ein Pol des Solargenerators geerdet kann durch eine besch digte Isolierung ein Kontakt des anderen Pols zur Erde entstehen und damit ein Lichtbogen gez ndet werden Da die berwiegende Mehrheit der Anlagen in Deutschland anders als in den USA ohne geerdeten Solargenerator ausgef hrt wird ist diese Gefahr hierzulande allerdings gering Eine weitere M glichkeit besteht in einem Kurzschluss zwischen zwei Polen der Anlage bzw einem gleichzeitigen Fehler beider Pole gegen Erde sogenannter Parallellichtbogen Da in einem solchen Fall die gesamte Systemspannung zur Z ndung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens zur Verf gung steht sind gem Bild 3 2 bereits kleinere Str me f r einen stabilen Lichtbogen ausreichend Andererseits ist ihr Auftreten gl cklicherweise recht unwahrscheinlich da Leitungen in PV Anlagen doppelt isoliert ausgef hrt werden Au erdem sind f r ei
128. abstand I wer i 1 K hlung der Plasmas ule fg GC td gasende Isolierstoffwand KENIA D GG d Verl ngerung der Bogens ule in Isolierstoffkammer Mehrfachunterbrechung L schbleche splitter plates K hlung der Plasmas ule i Isolierstoffwand en nt P Slede Eloctrical Costa Marcel Dokker tv 1089 Bild 2 3 Verschiedene M glichkeiten der Lichtbogenl schung 4 2 2 1 St rlichtb gen in Wechselstrom und Gleichstromsystemen Die bertragung und Verteilung von elektrischer Energie findet berwiegend mit Wechselstromsystemen statt Wechselstrom zeichnet sich durch eine periodische Umkehrung des Stromflusses aus was f r die Lichtbogensicherheit von Stromsystemen positive Auswirkungen hat Wenn sich bei einem bestehenden Lichtbogen Wechselspannung oder strom ihrem Nulldurchgang n hern werden die zur Erhaltung eines Lichtbogens n tigen Strom und Spannungswerte unterschritten was zum Erl schen des Lichtbogens f hrt 41 Zu einer Wiederz ndung bei dem folgenden erneuten Spannungsanstieg kommt es h ufig nicht da dazu eine weit h here Spannung als zur Erhaltung eines Lichtbogens ben tigt wird Da durch den zuvor bestehenden Lichtbogen die Lichtbogenstrecke noch teilweise ionisiert und aufgeheizt ist und auch Kriechstr me entlang von besch digten Isolierstrecken auftreten k nnen ist ein erneuter Durchschlag in ung nstigen F llen dennoch m glich In diesem Fall tritt ein intermittierender Lich
129. adensanf lligkeit von Betriebsmitteln erh hen Folgendes Beispiel belegt das ebenfalls Es zeigt gleichzeitig die Schwierigkeiten bei der exakten Ursachenbestimmung eines Brandschadens Nicht zuletzt verdeutlicht es auch die Verantwortung des Planers der Anlage die zu erwartenden Betriebsbedingungen aller Anlagenteile zu ber cksichtigen Speziell die hochsommerlichen Temperaturbelastungen muss der Planer einkalkulieren Im folgenden Fall wurde die sommerliche W rmebelastung der Betriebsmittel offenbar untersch tzt Es kam zu einem Brand im Technikraum einer etwa sechs Jahre alten PV Anlage Es handelte sich um eine Anlage mit mehreren gleichartigen Teilsystemen Bild 3 23 Bild 3 23 Technikraum einer PV Anlage nach einem Brand 66 Der von der Anlagenversicherung bestellte Gutachter identifizierte einen berlasteten DC Hauptschalter als Ausl ser f r das Feuer Der Schalter war mit 16 A Nennstrom f r einen Generatornennstrom l_MPP von 14 0 A ausreichend aber ohne Reserve f r durch Strahlungs berh hung verursachte berstr me und erh hte Umgebungstemperaturen dimensioniert worden Der Schalter war wie die anderen 14 Schalter der Anlage einer deutlich erh hten W rmebelastung ausgesetzt denn e Die Wechselrichter waren enger als in der Montageanleitung vorgegeben montiert e Die DC Hauptschalter waren dicht zwischen die Wechselrichter montiert e Der Betriebsraum lag unter der nur schwach ged mmten Dachhaut Im Hochsomm
130. ahren der Norm DIN 14365 beschreibt einen Testaufbau bei dem die Spannungsabf lle von verschiedenen Widerst nden im Ableitstrom eines Strahlrohres unter Anwendung von L schmittel auf ein unter Spannung stehendes Stahlgitter gemessen werden Da hier keine kritischen Grenzwerte aufgef hrt sind wurden f r die Versuche aus dem AP5 3 die Werte aus Tabelle 4 4 als Ma stab zugrunde gelegt Neben der DIN 14365 beschreibt die EN 15182 eine Produktnorm die aber leider nicht auf die Bestimmung von Ableitstr men eingeht Es wird lediglich eine Empfehlung ausgesprochen die besagt dass bis 1000 V ein Abstand von mindestens 1 m bei einem Spr hstrahlwinkel von mindestens 30 einzuhalten ist Durch die neue Norm m ssen die Hersteller von neuartigen Strahlrohren die nicht nach der alten DIN 14365 Teil 2 auf ihre elektrische Sicherheit gepr ft wurden den Nachweis der Eignung f r die Brandbek mpfung in elektrischen Anlagen erbringen Sollte der Hersteller nicht in der Lage sein eine Auskunft ber die elektrische Sicherheit zu erteilen d rfen diese Strahlrohre nur in spannunggsfreien elektrischen Anlagen eingesetzt werden 4 5 1 6 Versuch 1 Messung der Ableitstr me ber den L schwasserstrahl Dieser Versuch beinhaltet die Messung der Ableitstr me eines Feuerwehr Spr hstrahls bei einem simulierten Einsatz an einer spannungsf hrenden elektrischen Anlage Es wurden Messungen bei DC Spannungen von 1000 V und L schabst nden von 1 m und 5 m in Anlehn
131. aik und Solarthermie Die RAL G tegemeinschaft f r Solar energieanlagen e V ist eine von 130 unabh ngigen G tegemeinschaften welche die RAL G te und Pr fbestimmungen ihrer jeweiligen Industrie und Dienstleistungsbranchen festlegen und berwachen RAL seit 1980 Deutsches Institut f r G tesicherung und Kennzeichnung e V Die Datenbl tter die vom Hersteller f r jede Modulbaureihe herausgegeben werden sowie die Pflichtangaben auf deren Typenschildern sind in DIN EN 50380 geregelt DIN EN IEC 60904 1 definiert au erdem die Standardtestbedingungen STC nach denen elektrische Kennwerte von Modulen ermittelt werden DIN EN 50548 formuliert Anforderungen an Modul Anschlussdosen Die internationale Version dieses Standards IEC 62790 wird diese Europ ische Norm in Zukunft abl sen Ebenfalls werden Verfahren zur berpr fung der Konformit t mit diesen Anforderungen festgelegt Anforderungen an PV Steckverbinder sind in IEC 62852 bzw DIN EN 50521 beschrieben F r PV Leitungen existiert ein Normentwurf prEN 50618 der auf der geltenden T V Rheinland internen Pr fvorschrift 2PfG 1169 basiert F r die Spezialanwendung der geb udeintegrierten Photovoltaik m ssen Module besonderen Anspr chen der DIN 18008 vormals z B Technische Richtlinien f r linienf rmige Verglasungen TRLV gen gen DIN VDE 0126 21 definiert verschiedene Typen von Modulen zur geb ude integrierten Verwendung nennt anwendungsspezifische Anspr che und verweist
132. allelen PV Systemen sollte eine exemplarische Pfannen oder Dachsteinart f r die Pr fungen definiert werden Dies kann alternativ auch eine nichtbrennbare Lage sein beispielsweise aus Calciumsilikat um vergleichbare Unterbauten und Bedachungssituation zu simulieren Hier bietet es sich an ber weitere FE Untersuchungen regul re Bedachungen mit potentiellen Ersatzmaterialien f r die Laborpr fungen zu vergleichen Der Einsatz des Brenners bringt hierbei 229 Vorteile da der Holzwollekorb aufgrund seiner Gr e sich nicht zwischen PV Modul und Dachoberfl che platzieren l sst Eine Normungsdiskussion muss diese Erkenntnis ber cksichtigen Der bliche Dachabstand bei den Pr fungen sollte 8 cm zwischen Modulunterseite und Dachoberfl che nicht berschreiten es sei denn der Hersteller kann mit einem gr eren Abstand eine Verbesserung des Brandschutzes erzeugen Entsprechend sollten in den Pr fanforderungen grunds tzlich nach den Vorgaben des Herstellers zu seiner Montagesituation gepr ft werden Gleiches gilt f r dachaufgest nderte Systeme im Flachdachbereich wobei die beiden Varianten der Z ndquellen zu unterschiedlich schnellen und unterschiedlich massiven Brandausbreitungen gef hrt haben Eine Pr fdurchf hrung an GAPV Systemen speziell f r den Aufbau an Flachd chern mit dem jeweiligen Montagesystem des Herstellers macht Sinn da der konstruktive Aufbau alleine bereits unabh ngig von den Bedachungslagen eine Brandw
133. alls selten wird die Zugentlastung und Befestigung der Anschlusskabel angesprochen Sehr unterschiedlich behandeln verschiedene Hersteller das Thema Kontaktherstellung W hrend einige Anleitungen hierzu umfangreiche Informationen oder zumindest einige Hinweise enthalten klammern andere das Thema vollst ndig aus 1 3 3 3 DC Kabel und Steckverbinder Einige gro e Hersteller von Solar Verbindungssystemen geben spezielle Anweisungen f r den Anwender heraus manche beschr nken sich dabei auf Kurzanleitungen Haupts chlich finden sich Installationsanleitungen und Produktinformationen Tabelle 1 9 Auch Installationsanleitungen f r Module enthalten zum Teil Informationen zu den Anschlussleitungen und Steckverbindern Tabelle 1 9 Beispielhafte Inhalte von Installationsanleitungen f r DC Komponenten DE er D D bes T T D D D D Sa O CO Montage 2E D x LI D D zez oO Installation durch geeignete Fachkraft Arbeitsschutzbestimmungen Verwendung geeigneten Werkzeugs Pr fung auf mechanische Unversehrtheit vor Montage Mechanische Anforderungen Einschr nkung von Modifizierungen Pr fung der Steckverbindung Kompatibilit t Schutz vor Verschmutzung Schutz vor Feuchtigkeit Sp D o D ei Di UV Schutz 25 SE SE D D x gen 7 So D D D D bes ZN o o enger SS SE ITT pesame h SIGI D Joilgalsgigt een E AE A EEN Hinweise auf weitere Bestimmungen Cp pnsan S 1x Verweis auf Arb
134. altelemente noch nicht besch digt sind kann eine teilweise Abschaltung der Anlage auch durch fachunkundiges Personal vorgenommen werden siehe Taschenkarte BSW Bei s mtlichen Arbeiten ist die pers nliche Schutzausr stung gem den g ltigen Normen zu tragen Im Besonderen gilt f r Hochspannungsanlagen dass bei s mtlichen Arbeiten ausschlie lich speziell qualifiziertes Elektrofachpersonal t tig werden darf 250 Kommt k nstliche Beleuchtung zum Einsatz so gilt die Empfehlung zum Einhalten von Sicherheitsabst nden entsprechend Kapitel 4 5 2 des Forschungsprojekts Personelle Ma nahmen Um die Gef hrdung des Personals neben allen technischen und organisatorischen Ma nahmen zu minimieren sind die Kenntnisse um die Gefahren Auswirkungen und Sicherheitsma nahmen zwingend durch Ausbildung zu vermitteln und durch kontinuierliche Fortbildungen zu wiederholen Wichtig bei der Wissensvermittlung ist eine einheitliche Lehraussage Diese kann nur durch fachlich qualifiziertes Personal durchgef hrt werden Die Ausbildung sollte sowohl theoretisch als auch praktisch vor Ort erfolgen Erg nzend k nnen Fachfirmen bei der Ausbildung unterst tzen 6 4 Einsatzvorgabe bei berflutung der PV Anlage Explosionsgefahr Eins tze im Bereich von berfluteten PV Anlagen erfordern zus tzlich zu den bereits in Kapitel 7 3 beschriebenen T tigkeiten erweiterte organisatorische Ma nahmen Neben der Einhaltung der blichen Sicherheitsabst nde is
135. alysiert und in Kapitel Kap 3 3 die Ergebnisse einer ausf hrlichen Schadensanalyse aus realen Ereignissen an berhitzungen und PV Br nden der letzten Jahre in Deutschland vorgestellt Die Anforderungen und L sungsans tze zur Verhinderung einer Brandentstehung innerhalb der PV Anlage insbesondere aufgrund von Lichtb gen sind in den Kapiteln 3 5 und 3 6 beschrieben 3 1 Brandverhalten von Modulen Verschiedene Komponenten einer Photovoltaikanlage sind aufgrund ihres Polymeranteils brennbar In Kapitel 4 6 ist insbesondere die Zusammensetzung von PV Modulen wie sie mehrheitlich in bestehenden PV Anlagen in Deutschland verbaut wurden beschrieben Der Anteil an Polymeren in Kristallinen Glas Folie Dickschichtmodulen c Si liegt bei 5 10 7 8 9 Entsprechend sind dies massem ig ca 600 1 200 g m Dieser Anteil wird berwiegend durch das Einbettungsmaterial EVA Einbettungsfolie und die R ckseitenfolie PET PVF getragen Daneben werden noch diverse Kleber und Dichtmaterialien verbaut sowie Isoliermaterialien in Anschlussdosen Anschlusskabeln und Steckverbindern Bei einer angenommenen Modulfl che von 50 m ca 38 Standardmodule ca 9 KW kommen so bis zu 60 kg Polymere allein aus den Modulen zusammen Weitere Polymere sind in Stringleitungen in Anschlussk sten oder Wechselrichtern enthalten Polymere erzeugen i A eine hohe Verbrennungsw rme die nach einer Ver ffentlichung des VDS 10 z B bei Polyethylen PE in
136. and Die Messwerte f r die Spr hstrahleinstellung bersteigen bei 5 m Abstand die Werte der Vollstrahleinstellung Auch unter Ber cksichtigung dass die Messwerte w hrend der Versuche im Bereich von 2 mA schwankten der Wasserstrahl ist kein konstanter elektrischer Leiter sind die gemessenen Differenzen signifikant siehe Diskussion der Ergebnisse Hohlstrahlrohr Die gemessenen Ableitstr me bei Verwendung des C Hohlstrahlrohres mit Mundst ck sind in Bild 4 13 dargestellt Auch hier ist das wichtigste Ergebnis der Messungen Alle gemessenen Ableitstr me die den K rper des Feurwehrmannes im Worst Case von Hand zu Fu durchstr men k nnten liegen im unkritischen Bereich kleiner 25 mA siehe Tabelle 4 5 Strom in mA 1IVIUSK alkontraktion Au EB Strom bei Vollstrahl mA u Strom bei Spr hstrahl mA m Entfernung Strahlrohrspitze zur Platte Bild 4 13 Ableitstr me bei C Hohlstrahlrohr Wasser Bei Vollstrahleinstellung liegen die Messwerte hier bei 5 m Abstand erwartungsgem niedriger als bei einem Abstand von 1 m wenn auch quantitativ gering Unerwarteter Weise zeigen die Messwerte bei Spr hstrahleinstellung 60 Spr hwinkel gestreifter Balken bei beiden Abst nden jeweils h here Ableitstr me an als bei Vollstrahleinstellung Bei einem Abstand von 5 m ist der Messwert bei Spr h strahl gr er als bei 1 m Abstand Die vergleichenden Messungen unter Verwendung des Schaummittelzusatzes zeigten erwartungs
137. and analysiert dessen vollst ndiger Titel lautet Sicherheit und 118 Zuverl ssigkeit von Photovoltaikanlagen mit Speichersystemen unter besonderer Ber cksichtigung von Brandrisiken und L schstrategien Bemerkung Durch die Bergische Universit t Wuppertal und den Bundesverband Solarwirtschaft BSW wurde im Dezember 2014 ein Merkblatt f r den Einsatz an station ren Lithium lIonenspeichern herausgegeben welches Hinweise zur Brandbek mpfung und technischen Hilfeleistung enth lt 41 Diese Merkblatt wird vom BSW zum Download angeboten e Anhang Il Seite 258 119 4 5 Versuchsserien zur elektrischen Gef hrdung im Rettungseinsatz 4 5 1 Elektrische Leitf higkeit beim L schvorgang 4 5 1 1 Allgemeines Aus den bisherigen ffentlichen Diskussionen um Risiken bei der Brandbek mpfung an brennenden PV Anlagen ist im Zuge dieses Projektes eine Pr fserie erarbeitet worden die die Gef hrdungssituation bei der Brandbek mpfung an elektrischen Anlagen mit blichen PV DC Spannungen untersucht Hierzu sind insgesamt drei Versuchsreihen durchgef hrt worden 1 Messung von Ableitstr men an Strahlrohren bezugnehmend auf Richtwerte der VDE 0132 2 Messung der Schutzwirkung von Einsatzkleidung Stiefel Handschuhe 3 Ermittlung der Gef hrdung bei berfluteten R umen Die allgemeine Gefahr die bei der Brandbek mpfung an elektrischen Anlagen besteht resultiert aus dem Risiko von Spannungs berschlagen von elektrisch leitendend
138. andschutzfachregeln entstanden durch die Arbeit einer interdisziplin ren 213 Arbeitsgruppe mit der Feuerwehr Brandschutz und PV Experten Brandschutzbaubeauftragten Planern und Installateuren Zur Vertiefung der Problematik sei der Download unter www dgs berlin de s Anhang S 254 jedem Installateur und Planer empfohlen Als Brosch re kann sie beim BSW unter www solarwirtschaft de bestellt werden Die Qualit t von Komponenten der Planung dem Bau und der Installation beeinflusst die Risiken von Betriebsfehlern die zur Brandentstehung z B durch einen Lichtbogen f hren k nnen entscheidend Die Module und Wechselrichter sollten die entsprechenden Zertifikate aufweisen Die Grundlagen der Installation sind in der Norm DIN VDE 0100 712 Errichten von Niederspannungsanlagen PV Stromversorgungssysteme festgelegt und sind einzuhalten Daraus ergibt sich auch die Ausf hrung der Anlage in Schutzklasse Il Die Steckverbindungen sind fachgerecht auszuf hren Es d rfen keine unterschiedlichen oder ungeeigneten Steckverbindungen benutzt werden Es sollten nur geeignete PV Strangsicherungen gem Normentwurf IEC 60263 6 verwenden werden Bei Anlagen mit ein bis drei Str ngen kann auf den Einsatz von Sicherungen verzichtet werden Achtung Ungeeignete Sicherungen oder ungeeigneter Ein und Aufbau von Sicherungshaltern erh hen das Lichtbogenrisiko Es sind prinzipiell Wechselrichter mit Isolations berwachung einzusetzen D
139. angen werden dass es Fehlerstromkreise zwischen Elektrode und Strahlrohr gegeben hat die abh ngig von der konkreten Spr hstrahlform mit fortlaufender Versuchsdauer niederohmiger wurden Es wird weiter davon ausgegangen dass diese Fehlerstr me additiv zu den tats chlich aufgetretenen Ableitstr men aufgetreten und mit gemessen worden sind Bild 4 16 verdeutlicht dies schematisch Elektrode Lochblech Wasserstrahl Strahlrohr Strommessung K rper widerstand Widerstand Fehlerstromkreis Bild 4 16 Stromkreis und Fehlerstromkreis Da bei einer Parallelschaltung von Widerst nden der Gesamtwiderstand kleiner ist als beide Einzelwiderst nde wirkt sich der Widerstand R im Fehlerstromkreis umso mehr auf den gemessenen Gesamtstrom aus je niederohmiger er wird Der wirksame Parallelwiderstand zwischen Elektrode und Strahlrohr wird kleiner und damit der Stromfluss gr er Somit lassen sich die im Versuch gemessenen gr eren Str me im Versuchsverlauf im Vergleich mit den erwarteten Werten erkl ren Weiterhin sind zus tzliche beg nstigende Faktoren wirksam z B real deutlich gr erer K rperwiderstand und zus tzliche bergangswiderst nde durch Schutzkleidung wie Handschuhe und Stiefel Die tats chlichen Ableitstr me die einen Feuerwehrmann durchstr men k nnten sind daher als grunds tzlich kleiner anzunehmen als die im vorliegenden Versuchsaufbau generierten Messwerte die einen absoluten Worst Case darstellen Auc
140. anne gesammelten L schwassers wurden zwei Proben entnommen und mittels ICP MS hinsichtlich des Arsen Blei Cadmium und Selengehalts analysiert L Bild 4 36 Brandversuch mit einer Brennerleistung von 25 kW oben und 150 kW unten 169 4 6 6 3 Versuchsergebnisse Die kompletten Versuchsergebnisse sind in der Anlage IX einzusehen An dieser Stelle sind ausgew hlte Ergebnisse dargestellt Insgesamt wurden 9 Versuche durchgef hrt die entsprechend nachfolgender Tabelle bezeichnet werden Tabelle 4 26 Versuchsbezeichnung 150 kW 25 kW Brennerleistung 150 kW Brennerleistung Brennerleistung L schwasserversuch Modultyp c Si Modultyp CIS Modultyp CdTe Brandverhalten In den Versuchen mit 25 kW Brennerleistung traten an allen drei Modultypen nur lokal begrenzte Besch digungen auf Bei 150 kW Brennerleistung wurden die Module gro fl chig zerst rt wie in den nachfolgenden Bildern beispielhaft sehen ist Bild 4 37 Schadensausma bei c Si bei 25 kW Brennerleistung oben und 150 kW unten 170 Tabelle 4 27 Gegen berstellung ausgew hlter Ergebnisse bei den 9 Brandversuchen 150 kW Masseverlust in 25 kW Brennerleistung 150 kW Brennerleistung Brennerleistung L schwasserversuch Modultyp c Si Modultyp CIS Modultyp CdTe 150 kW Brennerleistung L schwasserversuch Raucherzeugung Modultyp c Si Modultyp CIS Modultyp CdTe Raucherzeugung in m bedeutet die Projizierung aller erzeugten Rauchpar
141. ansformatoren sind im Geh use separat untergebracht teilweise in eigenen Kammern des Geh uses Sie sind ber Leitungen und Klemmstellen mit der Hauptleiterplatte verbunden Bei Wechselrichtern im Leistungsbereich von 100 kW und mehr erfolgt der Aufbau in einem Schaltschrank Baugruppen wie Pufferkondensatoren Leistungshalbleiter und Induktivit ten sind ber Stromschienen oder Bleche hochstromf hig miteinander verbunden die Ansteuerung sowie die Steuer und Regelungstechnik sind auf Leiterplatten zusammengefasst Beim Design der Leiterplatte sind die notwendigen Leiterquerschnitte einzuhalten was zumeist aus der Forderung nach einem geringen Widerstand bzw einem hohen Wirkungsgrad ohnehin erfolgt Thermografien von Wechselrichtern zeigen dass es hier keine Probleme mit bertemperaturen gibt Durchkontaktierungen Vias bei Leistungs Leiterplatten stellen eine potenzielle Schwachstelle dar hier besteht eine L sung aus einer Vielzahl kleiner parallel arbeitender Vias oder aber der generellen Einf gung eines Bauteils an einer solchen Durchkontaktierungsstelle Abh ngig von der auftretenden Spannung und dem erwarteten Verschmutzungsgrad der Leiterplatte sind die normativ vorgeschriebenen Abst nde zwischen den Leiterbahnen einzuhalten Steckverbinder Klemmen Heutige Stringwechselrichter werden zumeist vollst ndig ber Steckverbinder angeschlossen Auf der DC Seite kommen die gleichen Stecksysteme zum Einsatz wie bei den Solarmo
142. ar ber hinaus ist auf eine sachgem e Einbindung in vorhandene oder notwendige Blitz und berspannungsschutzsysteme zu achten Die Anforderungen des Blitz und berspannungs schutzes insbesondere entsprechend des Normenbeiblattes 5 der VDE 62305 3 Blitz und berspannungsschutz f r PV Stromversorgungssysteme sollten beachten und eingehalten werden Die Module und Leitungen sollten fachgerecht befestigt sein Die Befestigung der PV Module sollte nach der Montaganweisung des Modulherstellers und unter Pr fung der Schnee und Windlasten gem DIN1055 Teil 4 und 5 bzw Eurocode 1 am Standort erfolgen Diese Pr fung sollte ebenfalls f r das Montagesystem z B mittels Systemstatik und f r die Weiterleitung der Lasten an den Dachstuhl bzw ans Geb ude erfolgen Fehler und M ngel in der Elektroinstallation k nnen durch Pr fungen entsprechend der Norm EN 62446 Netzgekoppelte PV Systeme Mindestanforderungen an Systemdokumentation Inbetriebnahmepr fung und wiederkehrende Pr fung aufgedeckt werden Der allgemein anerkannte Stand der Technik Normen und darauf basierende Zertifizierungen Richtlinien und Regeln sowie Hinweise des DGS Leitfaden Photovoltaische Anlagen sollten beachtet werden Sie bieten die Grundlagen f r eine gute Anlagenqualit t 214 Die Installation von DC Leitungen Wechselrichter oder Generatoranschlusskasten GAK im Treppen und Ausgangsbereich ist zu vermeiden Elektrische Komponenten wie
143. ben als internationale Mitbewerber Hersteller 1 ein bekanntes deutsches Unternehmen deckt in seiner Anleitung jedes erfasste Thema ab Neben den Installationsanleitungen ver ffentlichen Modulhersteller auch eine Zusammenfassung von technischen Informationen in Form von Datenbl ttern Diese sind nach DIN EN 50380 standardisiert zeigen aber trotzdem von Hersteller zu Hersteller kleinere Abweichungen im Umfang Fazit Analog zu der Datenblattnorm ist auch eine Vereinheitlichung der Installations anleitungen zu fordern 1 3 3 2 Wechselrichter Ausgewertet wurden Installationsanleitungen europ ischer amerikanischer und chinesischer Wechselrichterhersteller Tabelle 1 8 stellt einen f r den aktuellen Markt repr sentativen Auszug aus der Markt bersicht in der Zeitschrift PHOTON dar Quelle Markt bersicht Wechselrichter PDF Version 1 Tabelle 1 8 Beispielhafte Inhalte von Installationsanleitungen f r Wechselrichter Montage Hinweise zum Handling Installation durch geeignete Fachkraft Arbeitsschutzbestimmungen gt gt Iron gt gt 1 asson Pr fung auf mechanische Unversehrtheit vor Montage dl ees dl bes d keen dl Ess MENEE MESES gt oes Mechanische Anforderungen Einschr nkung von Modifizierungen Hinweise zur Montagelage Sicherheitsabst nde Befestigung auf schwer entflamm barem Material Elektrische Anforderungen Grenzwerte f r Eingangsspannung und leistung
144. bene Gasbrenner zum Einsatz der eine ca 100 cm breite Flamme erzeugt Abbildung 2 Der Brenner wurde 10 cm unterhalb der Modulvorderkante positioniert der horizontale Abstand zur Modulvorderkante betrug ebenfalls 10 cm Auf der Modulvorder und r ckseite wurden jeweils f nf Thermoelemente entlang der Modul langsachse angeordnet Die Abst nde zur Modulvorderkante betrugen 10 40 70 100 und 130 cm In den im Anhang enthaltenen Temperaturdiagrammen bezeichnen MS 01 Modulr ckseite und MS 06 Modulvorderseite die Messstellen an der Modulvorderkante F r die L schwasserversuche wurden zwei L schd sen im oberen Bereich des Versuchsaufbaus im Zwischenraum zwischen Modul und Tr gerplatte installiert Zum Auffangen des ber die Tr gerplatte ablaufenden L schwassers wurde eine 1 75 x 1 50 m gro e Stahlwanne auf dem Boden der Pr fhalle platziert 289 Um einen jeweils hnlich gro en Modulbereich zu beflammen erfolgten die Versuche an den c Si Modulen mit einem Modul in L ngsausrichtung L nge 1655 mm an den CIS Modulen mit zwei Modulen in Querausrichtung Gesamtl nge 1960 mm und an den CdTe Modulen mit drei Modulen in Querausrichtung Gesamtl nge 1840 mm inkl Montageabstand L schd sen U l em gen Thermoelement hd N f a U Lay I Wanne Abbildung 2 Gasbrenner 290 CURRENTA S 3 Versuchsdurchf hrung An jedem Modultyp wurden Versuche mit 25 kW und mit 150 kW Brennerleistung durchg
145. besch digt Geb ude besch digt Geb ude abgebrannt a Komponente besch s PV Anlage besch u Geb ude besch a Geb ude abgebrannt Bild 3 10 bersicht zur Schadensh he der untersuchten F lle Diese F lle wurden soweit es die Informationslage zulie tiefer analysiert Trotz Unsicherheiten in Einzelf llen zum exakten Schadensverlauf erlaubt die Summe der F lle einige robuste Schlussfolgerungen Dabei interessierten folgende Zusammenh nge e Fehlerursache e Komponente die Brand ausl ste e Anlagenalter e _Anlagentyp e Schwere des Schadens Auswirkung auf die Umgebung Diese Aspekte werden anhand von Auswertungsgrafiken im Folgenden dargestellt 54 Eine generelle Beobachtung zeigt dass die Zerst rungskraft eines Lichtbogens stark zunimmt wenn sich ein Serienlichtbogen in einen Parallellichtbogen entwickelt wenn beispielsweise der Lichtbogen aus einem Strang ein Strangleitungsb ndel erreicht Der Parallellichtbogen hat aufgrund der Lorentzkraft die Tendenz sich von den PV Modulen weg zu bewegen und treibt dadurch die Brandgefahr in Richtung Wechselrichter 3 3 2 1 Einfluss des Anlagentyps auf Schadensh ufigkeit Nachfolgende Grafik zeigt wie h ufig welcher Anlagentyp von Schadensf llen betroffen ist 24 u Aufdach Indach u Fassade Flachdach Freiland Bild 3 11 Aufteilung der Sch den nach Anlagentyp Basis139 Sch den Die gefundene Verteilung entspricht grob den vom Bundesverband S
146. ch K rperwiderstand Rk 0Q gt 500 Q Keine Verschattung der Module Teilverschattung durch z B Rauch m glich 4 5 2 5 Schlussfolgerungen Fazit Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen analog zu bereits durchgef hrten Arbeiten auch hier dass Kunstlicht durchaus in der Lage ist gef hrliche Spannungen und Str me in einer PV Anlage zu erzeugen und best tigen damit die Untersuchungen durch die BFH und UL Bei Einhaltung der angegebenen Mindestabst nde der Beleuchtungsmittel und insbesondere auch durch den Einsatz von LED Scheinwerfern ist jedoch von einer vernachl ssigbaren Gef hrdung durch Beleuchtung mit Kunstlicht auszugehen Erweiternd wurden im Rahmen dieses Projektes die Untersuchungen mit verschiedenen Scheinwerfertechnologien und verschiedenen blichen Leistungsklassen bei blichen Entfernungen und unter definierten Worst Case Bedingungen durchgef hrt Technologie Stringgeometrie senkrechter Lichteinfall Im praktischen Einsatzfall werden diese verschiedenen Worst Case Bedingungen nicht alle gleichzeitig zutreffen siehe Tabelle 4 14 Insbesondere die im Versuchsaufbau vorliegende Bestrahlungshomogenit t bei senkrechtem Lichteinfall wird praktisch nicht erreicht werden sodass in der oben angegebenen 147 Abstandsempfehlung generell mehrere nicht n her quantifizierbare Sicherheitsfaktoren enthalten sind Einzige kritisch zu bewertende Randbedingung der Versuchsreihen sind die Kennwerte der verwendeten aktue
147. ch entwickelnde Produktfehler aufgrund von Alterungen oder Defekte aufgrund von au ergew hnlichen Belastungen Unwetter zu erkennen Technologieentwicklung o Vermeidung von Schraubverbindungen in den Laststromkreisen o Lichtbogendetektoren k nnen prinzipiell einen Lichtbogen abschalten Detaillierte Empfehlungen sind im Kapitel 0 zusammengestellt 75 3 4 Schadensanalysen eines Systemhauses 3 4 1 Sch den in der Wareneingangspr fung Um ihren Kunden eine konstant hohe Qualit t der Produkte insbesondere der PV Module gew hrleisten zu k nnen f hrt die Energiebau Solarstromsysteme GmbH eine umfangreiche Wareneingangspr fung durch Dabei werden den eingegangenen Lieferungen Stichproben nach DIN ISO 2859 entnommen und anhand eines umfangreichen Kriterienkatalogs auf eventuelle Produktionsfehler oder Transportsch den untersucht Zuerst erfolgt die visuelle Pr fung bei der die Einhaltung der Fertigungstoleranzen kontrolliert wird Erfasst werden dabei unter anderem die Abma e und Verarbeitung des Rahmens die Lage der einzelnen Zellen zueinander die Qualit t der Verglasung und Laminierung sowie die Kontaktierung zwischen Zelldruck Busbars und Main Busbars Ebenfalls inspiziert werden Anschlussdose und leitung Steckverbinder und das Modullabel Nach der optischen Begutachtung wird eine Elektrolumineszenz EL Pr fung durchgef hrt Daf r wird das Modul als Ganzes fotografiert In den dabei entstandenen Aufnahmen lassen sich Ze
148. chen Verbindungen und der Vielzahl der der Witterung ausgesetzten Komponenten und der Selbststabilisierung eines eventuellen Lichtbogens aufgrund der Stromquellencharakteristik der Solarzellen wird das 58 Brandentstehungsrisiko im PV Generatorbereich deutlich h her eingesch tzt als im Wechselstrom AC Bereich Bild 3 15 zeigt dass allerdings auch auf der AC Seite eines PV Systems h ufiger Fehler aufgetreten sind Dies erstaunt da auf der AC Seite die Zahl der Komponenten um mindestens eine 10er Potenz kleiner ist als auf der DC Seite bew hrte Betriebsmittel mit langer Entwicklungszeit zur Verf gung stehen die AC Installation meist in witterungsgesch tzten R umen errichtet wird und jede Elektrofachkraft ber eine gute Ausbildung f r AC Installationen verf gt AC Seite EE Wechselrichter E DC sche RR Mo RR 0 20 40 60 Bild 3 15 Grobe Einteilung des Anlagenteils wo der Fehler auftrat f r insgesamt 174 Fehler Wenn man die Fehler den Komponenten so detailliert wie m glich zuordnet zeigt sich wie h ufig welche Komponente als Fehlerort gefunden wurde Bild 3 16 Achtung Damit wird der Fehlerort beschrieben dieser ist nicht unbedingt die Ursache Zellverbinder EEE Anschlussdose Modul DC Leitung DC Schalter DC Stecker Crimpung DC Klemme DC Sicherung GAK AC Schalter AC Klemme AC Sicherung AC Stecker WR Elektronik Wechselrichter AC Verteilung Trafo CH an ob CH A an N oO N an LA o
149. chen von unter Spannung stehenden PV Anlagen PV Testanlage bei Fa SMA 24 08 2010 2010 43 Berner Fachhochschule Technik und Informatik Labor f r Photovoltaik H H berlin Gef hrdung der Feuerwehr beim L schangriff an PV anlagen bei Mond und Kunstlicht 2012 44 Underwriters Laboratories Inc Firefighter Safety and Photovoltaic Installations Research Project 2011 45 ROHS Richtlinie 2011 65 EU ROHS Richtlinie 2011 65 EU des Eurp ischen Parlaments und des Rates Directive 2011 65 EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment 2011 46 T Ebert Chr M ller Bundesverband Boden e V Schadstoffe in Photovoltaik Freifl chenanlagen sind sie eine Gefahr f r den Boden 2011 47 Fthenakis V M et all Emissions and Encapsulation of Cadmium in CdTe PV Modules During Fires Environmental Sciences Department Brookhaven National Laboratory NY and Consortium for Advanced Radiation Resources Univ of Chicago 2005 48 Photovoltaik org Besondere Gefahren der Photovoltaik durch giftige verbrennung und Ausbreitung 2013 Online Available http www photovoltaik org betrieb brandschutz giftige verbrennung brandausbreitung 49 Sicherheitsdatenblatt Cadmium gem Verordnung EG Nr 1907 2006 Cadmium Sigma 274 Aldrich GMBH 2011 50 M Held Chr Hagend
150. chicht Module und Module mit anderen neuen Technologien Tabelle 4 16 156 Tabelle 4 16 PV Technologien Andere Technologien sc Si Monokristallin e Silizium Farbstoffzellen e mc Si Polykristallin e a Si amorphes Silizium e Organische N Si mikromorphes Kunststoffzellen Silizium e Konzentratorzellen CPV e Halbleiter z B Triple Junction Zellen eCdTe Cadmium Tellurid e CIGS CIS Kupfer Indium Gallium Selen eGaAs Gallium Arsenid eCZTS Kupfer Zink Zinnsulfid Zur Einsch tzung der praktischen Relevanz der zu betrachtenden stofflichen Zusammensetzung werden die Marktanteile Einsatzh ufigkeit der wichtigsten Modul bzw Zelltechnologien betrachtet 1999 2000 z001 2007 2003 72004 z005 2006 z007 2008 27009 2010 2011 monokristallines ET S l z um multikr stallines Silizium Cadmiumtellurid amorphes mikromorphes es P r A 53 Silizium 1 ER all i 61 z CS E 52 Si g 5 i nn Ca bandgezogenes r E E A a Zoe ei RR WI 1 4 Silizium andere Technologien Bild 4 33 Marktanteile der h ufigsten Zelltechnologien Quelle Photon Europe GmbH April 2012 197 Der Marktanteil der kristallinen Module liegt als eindeutig f hrende Technologie relativ konstant zwischen 80 und 90 w hrend sich der Anteil aller D nnschichttechnologien insgesamt zwischen 10 und 20 bewegt mit fallender Tendenz in den letzten 3 Jahren au
151. chnung am Hausanschlusskasten erm glicht es den Einsatzkr ften der Feuerwehren schnell zu erkennen dass sich eine PV Anlage am Objekt befindet Zur Kennzeichnung ist das Warnschild Bild 6 1 nach Anwendungsregel VDE AR2100 712 am bergabepunkt der PV Anlage z B dem Hausanschlusskasten oder dem Geb udehauptverteiler anzubringen ein entsprechender Aufkleber kann ber die Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie e V DGS online bezogen werden Bild 6 1 PV Hinweisschild nach VDE AR2100 712 6 2 Feuerwehrplan Leitungsverlegung und technische Einrichtungen Dar ber hinaus muss ein bersichtsplan Bild 6 2 nach Anwendungsregel VDE AR2100 712 am bergabepunkt der elektrischen Anlage in geeigneter Weise aush ngen ausliegen etc vorhanden sein der den Einsatzkr ften hilft die Lage spannungsf hrender Komponenten im Objekt schnell zu erfassen Ein gegebenenfalls vorhandener Feuerwehrplan nach DIN 14095 sollte vor Inbetriebnahme berarbeitet werden Ein bersichtsplan muss m glichst einfach und klar die Art und Lage der PV Anlagenkomponenten darstellen wie z B 248 e alle spannungsf hrenden nicht abschaltbaren Leitungen e gegen Feuer gesch tzt verlegte spannungsf hrende PV DC Leitungen im Geb ude e Lage des PV Generators e Position aller DC Freischalteinrichtungen Die rot dargestellten Leitungen sind Immer spannungsf hrend ne i Garagen Ansicht A l mm em r e ar em em mm O a o e o en o d ze
152. chtlinie MLAR geschottet auszuf hren Andernfalls besteht die Gefahr der Weiterleitung eines Brandes durch den sogenannten Z ndschnureffekt des Isolations materials Die verwendeten Materialien m ssen f r Au enanwendungen geeignet sein Ein Beispiel f r eine wirtschaftliche L sung der berleitung von PV Kabelstr ngen ber Brandschutz mauern mittels Brandschutzbandagen vom DIBT zugelassen ist nachfolgend dargestellt Bild 5 25 Brandschutzbandagen k nnen die Weiterleitung ber Brandmauern verhindern Foto Obo Bettermann 73 216 l E Nl S SS 2 0j Zu s rA O D E E ol SZ 5 Sig GE O l l Ai Leesfbees i EE 121 25 m gt 1 25m 2 1 25 m Wechselrichter A lt 40m lt 40m ZZA geschotteter Leitungskanal Bild 5 26 Leitungsf hrung ber Brandwand und Modulabst nde von Brandwand bzw Grundst cksgrenze Quelle DGS Berlin Brandw nde m ssen mindestens 30 cm ber normalentflammbares Material und damit ber die Oberkante des PV Generators ragen Wie erw hnt d rfen normalentflammbare Materialien nur in gewissen Abst nden zu Brandw nden verbaut werden Deshalb m ssen ber der Dachdeckung installierte normalentflammbare PV Module einen Abstand von mindestens 1 25 m einhalten Bild 5 2
153. chutz enthalten sie Hinweise zur Handhabung der Module die Sch den bei der Montage wie Glas und Zellbr che oder Delaminationen verhindern sollen Zu den mechanischen Kriterien die eine Mehrheit der Hersteller fordert geh ren haupts chlich eine Montagelage frei von mechanischen Spannungen bei jeder Temperatur die Verwendung eines geeigneten Montagesystems sowie die Beachtung der maximalen Schneelast Dar ber hinaus verbieten einige Hersteller auch Modifizierungen am Modulrahmen der Moduloberfl che oder der Anschlussdose Weitere Hinweise beziehen sich auf f r den Brandschutz relevante Themen wie entflammbare Materialien in der Umgebung der Module den Blitz und berspannungsschutz sowie die sachgerechte Handhabung und Montage der Verkabelung Die meisten Installationsanleitungen gehen auch n her auf die elektrischen Anforderungen an die PV Anlage ein insbesondere die Zusammenstellung von Strings unter Einhaltung von Grenzwerten f r 22 Spannung und Kurzschlussstrom Einige Hersteller empfehlen auch bestimmte Kabelquerschnitte f r DC und Erdungskabel Neben den herstellerseitigen Anforderungen verweisen alle Installationsanleitungen auch auf Normen oder andere Bestimmungen und Richtlinien VDE VDEW TAB insbesondere DIN 1055 zur Lastannahme und IEC Pr fnorm 61730 Insgesamt f llt auf dass deutsche Modulhersteller insbesondere was Sicherheits und Schutzma nahmen angeht umfangreichere Installationsanleitungen herausge
154. ckverbinder f r Photovoltaik Systeme DIN VDE 0126 21 Photovoltaik im Bauwesen DIN EN 50380 Datenblatt und Typschildangaben von Photovoltaik Modulen Anforderungen an PV Module die geb udeintegrierten eingesetzt werden Nennt Informationen die in PV Modul Datenbl ttern und Typschildern enthalten sein m ssen Module Bezeichnung DIN EN 60904 1 Definiert Testverfahren und VDE 0126 4 1 Standardtestbedingungen STC f r die Messen der photovoltaischen Strom und Erstellung von Modulkennlinien Spannungskennlinien DIN EN 13501 1 Baustoffklassen nach Brandverhalten dient der Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten Inoranung von Moauien zu ihrem Brandverhalten DIN 4102 1 Baustoffklassen nach Entflammbarkeit dient Brandverhalten von Stoffen und Bauteilen der Einordnung von Modulen 1 3 2 1 Anforderungen an PV Wechselrichter Sicherheitsstandards f r PV Wechselrichter sind in der DIN IEC 62019 festgelegt Abgedeckt werden Risiken durch mechanische und elektrische Beanspruchung sowie Feuer Ebenfalls behandelt wird die richtige Auslegung des Wechselrichters Die elektrischen Anforderungen an die AC Seite ergeben sich aus den technischen Anschlussbedingungen des Verteilnetzbetreibers der VDE AR N 4105 und der Normenreihe DIN EN 61000 Elektromagnetische Vertr glichkeit EMV Diese behandelt algemein die Kompatibilit t von Netzparametern mit angeschlossenen Anlagen und
155. d 200 mm Ferner wurde f r die Versuchsbetrachtung ein Brennersystem als Z ndinitial gew hlt welches ebenso validiert und auf seine Reproduzierbarkeit in der Anwendung untersucht wurde Der entwickelte Brenner wurde bei allen Dachkonfigurationen mit dem Holzwollekorb verglichen Hierbei kamen zun chst keine PV Module zum Einsatz Es konnte nachgewiesen werden dass mit dem Brenner die gleichen W rmefreisetzungsraten erzeugt werden k nnten wie mit der nach ENV 1187 1 verwendeten brennenden Holzwolle Entsprechend wurde der Gasbrenner auch bei den weiteren Dachkonfigurationen mit PV Modulen eingesetzt Insgesamt wurde festgestellt dass bei den Versuchen die Dachkonstruktion konfiguration die Ergebnisse erheblich beeinflusst So sind bei den Versuchen mit der Bitumenbahn die Bedachungselemente und weiteren Lagen komplett abgebrannt auch die Module Dies gilt f r die weichen und harten Bedachungen Diese Herabstufung bei der harten Bedachung die eigentlich mit Ba t1 klassifiziert ist kann mit der durch den aufgest nderten PV Modulaufbau deutlich eingeschr nkten W rmeableitung nach oben erkl rt werden Bei der weichen Bedachung liegt bereits urspr nglich eine niedrige Klassifizierung der Bedachung vor Die in den Versuchen verwendeten Aufdachsysteme zur Aufst nderung der PV Module auf Flachd cher entsprechen einem Worst Case in der Praxis verwendeter Systeme einerseits k nnte 221 hierbei Flugfeuer zwischen M
156. d Bauart brennbar und k nnen im Falle eines Vollbrandes selbst ndig weiterbrennen Binnen weniger Minuten k nnen brennende Materialien Folien geschmolzenes Glas abtropfen Je nach Beanspruchung k nnen Glasscheiben ebenfalls bereits nach einigen Minuten zersplittern Glas Glas Module entwickeln aufgrund ihres geringeren Polymeranteils weniger Verbrennungsw rme und Rauchgase 49 3 2 Bewertung des Lichtbogenrisikos in PV Anlagen Wie jede elektrische Anlage kann ein PV System bei einer Fehlfunktion punktuell gro e Hitze freisetzen und somit eine Z ndquelle f r einen Brand darstellen Eine Analyse wie h ufig dieser Fall tats chlich auftritt findet sich in Kapitel 3 3 2 siehe auch 13 Auch wenn von PV Anlagen ausgel ste Br nde gl cklicherweise selten sind bergen Brandf lle h ufig gravierende Risiken f r Personen und Sachwerte Um wirksame Strategien zur Brandvermeidung bzw Reduzierung der Brandweiterleitung zu entwickeln m ssen die brandausl senden und beg nstigenden Effekte bekannt sein Das gr te Gefahrenpotential geht innerhalb einer PV Anlage von elektrischen Lichtb gen aus Es entsteht eine enorme Hitzeentwicklung von mehreren Tausend Grad durch die umgebende Materialien zerst rt werden k nnen und sich daraus ggf ein Brand entwickeln kann Flie t elektrischer Strom so entsteht W rme durch den elektrischen Widerstand des Leiters Im Fehlerfall kann eine zunehmende W rmeentwicklung durch lokale
157. d daher nur als ungef hre Angaben zu verstehen Tabelle 4 18 Materialien und durchschnittliche Massenanteile eines typischen kristallinen Standardmoduls Glas Folie Einscheibenlaminat i ffzusammensetzun Komponente Materialien a SC ERR Masse Beispiele Metall Aluminium 8 10 1 060 Polyurethan Polyamid ESG TVG Glas Si Na Ca Mg 74 76 8 850 Frontscheibe VSG Glas PVB Folie De Zellverstringun Verzinnte Sun Kupferb nder Se Verbinder Kupfer Zinn Silber Blei Bismut Nur 10 30 um stark R ckseitenfolie Tedlarfolie PET PVF PA Gummi Silikon Acrylate PE Dichtungen Kleber Rahmendichtband GM royureman 1 2 177 Ethylen Propylen Copolymere Anschlussdosen Kunststoffe Metall ABS PET Aluminium D nnschichtmodule Bei D nnschichtmodulen werden neben den ebenfalls siliziumbasierten Technologien diverse lichtabsorbierende Halbleitermateriallen Cadmium Tellurid Gallium Indium Gallium Arsenid etc verwendet die auf einem Tr germaterial berwiegend Glas aber auch Kunststoff oder Metallfolien 159 aufgepr gt werden Bei den D nnschichtmodulen werden berwiegend eine rahmenlose Konstruktionen Glas Glas Module oder flexible Module mit Folienabdeckung verwendet Beim Aufbau der Modultypen gibt es eine weitaus gr ere Variantenvielfalt als bei den kristallinen Modulen ein Standard D nnschichtmodul kann daher nicht definiert werden Der Glasanteil ist im Falle von Glas Glas D nnsc
158. d eines Beschlusses des Bundestages unter dem F rderkennzeichen 0325588D 1 4 2 2 Qualit tssicherung der Montage und Abnahmepr fung Mindestens ebenso wichtig wie die Qualit t der verwendeten Komponenten ist die korrekte Ausf hrung der Montage durch den Installateur Auf nicht ordnungsgem ausgef hrte Arbeiten gehen hnlich viele Reklamationen von Endkunden zur ck wie auf fehlerhafte Bauteile Diese Aussage trifft quivalent auf Schadensereignisse darunter auch Brandsch den zu Dies wird in den Ausf hrungen von Kapitel 3 3 Schadens und Brandfallanalyse an PV Anlagen deutlich Fallen Installationsm ngel rechtzeitig auf wird der entstandene Schaden von der Gew hrleistung des Installateurs abgedeckt Ist diese bereits abgelaufen muss der Endkunde selbst f r seinen Schaden aufkommen Um M ngel in der Anlage noch vor deren Abnahme aufzudecken und in einem eventuellen sp teren Schadensfall bestm glich reagieren zu k nnen enth lt DIN 62446 VDE 0126 23 Vorgaben zur Inbetriebnahmepr fung Dokumentation und Wartung siehe Kapitel 5 5 Diese Norm gilt allerdings explizit nicht bei Anlagen mit integriertem Stromspeichersystem Die Dokumentation wird vom Erbauer der Anlage erstellt und dem Endkunden bei der Inbetriebnahme bergeben Sie enth lt einen Stromlaufplan Produktdatenbl tter aller verwendeten Komponenten und Anweisungen f r Betrieb und Wartung Der Stromlaufplan besteht aus einer Skizze der gesamten Anlage bis zum Net
159. d sehr fl chtig Arsen ist ein giftiges nicht essentielles Schwermetall Arsen und seine Verbindungen gelten als krebserregende Arbeitsstoffe Bei Selen besteht ebenfalls der begr ndete Verdacht auf kanzerogenes Potential Die akute Toxizit t von elementarem Selen z B bei oraler Aufnahme wird dagegen als sehr gering eingesch tzt Untersuchungen zum Verbleib von Schwermetallen bei der Verbrennung von Abf llen haben die nachstehenden Freisetzungsraten toxischer Metalle ergeben 59 60 61 Tabelle 4 22 Freigesetzte prozentuale Metallanteile bei 1000 C Festpartikel im Rauchgas und Gase Freigesetzter Anteil bei 1000 C in Die angegebenen freigesetzten Metallanteile setzen sich aus gasf rmigen und in Flugpartikeln gefundenen Anteilen zusammen Nach 59 werden bei 1000 in hohem Umfang As und Se freigesetzt Zu etwa 25 gelangen Cd und Zn und zu etwa 10 Pb in die Gasphase Der Anteil der nicht in die verbleibende Asche eingebunden wird also partikelf rmig emittiert wird Flugasche ist bei fast allen betrachteten Metallen weitaus h her insbesondere mit 70 bei Arsen und Cadmium Abgesehen von Selen treten die freigesetzten Metalle bzw Metallverbindungen bei Abk hlung unter 200 C nicht gasf rmig auf Die Zahlenwerte f r Ga In und Mo wurden gesch tzt Kunststoffe und organische Materialien Hierzu z hlen die eingesetzten Dichtungsmassen Folien Anschlussdosen Kabel und ggf auch Modulrahmen Hinsichtlich der Me
160. d wurde geweint ar vor FSW Saar eg DV a nn N HgErgEg te
161. dagegen keinen besonderen Anforderungen des bauaufsichtliichen Brandschutzes im Hinblick auf die Widerstandsf higkeit gegen Flugfeuer und W rme wohl aber im Bereich der Entz ndbarkeit mit min normalentflammbar durch DIN EN ISO 11925 2 mit EN 13501 1 Klasse E It Anforderungen der Landesbauordnungen In Kapitel 1 3 2 sind die normativen Anforderungen an PV Module insgesamt zusammengestellt Eine ausf hrliche Beschreibung der in Deutschland und international vorgesehenen Brandpr fungen an PV Module inklusive der Bestehenskriterien liegt innerhalb eines Forschungsberichts der BAM aus 2014 11 vor Hier wurde das Brandverhalten inklusive Emissionen von PV Modulen im Labor untersucht 45 Innerhalb dieser Forschungsarbeit wurden 3 der h ufigsten Modultypen ebenfalls im Brandlabor untersucht Das festgestellte Brandverhalten wird nachfolgend beschrieben die Thematik der Schadstofffreisetzung ist unter Kapitel 4 6 ausf hrlich dargestellt 3 1 2 Entflammbarkeit und Brandweiterleitung Aus einer Markt bersicht der Photon aus 2012 s Kapitel 4 6 3 geht hervor dass der Marktanteil der kristallinen Module als eindeutig f hrende Technologie relativ konstant zwischen 80 und 90 liegt w hrend sich der Anteil aller D nnschichttechnologien insgesamt zwischen 10 und 20 bewegt mit fallender Tendenz in den letzten Jahren Es wurden im Brandlabor der Currenta drei Versuchsreihen mit den Technologien e c Si kristallines Dickschichtmodul
162. den Einsatz unter erschwerten Bedingungen konstruiert jedoch ben tigen sie eine hohe einzuspeisende Leistung Daher werden auch zunehmend Scheinwerfer mit LED und Xenon Technologie verwendet Aktuell befinden sich LED Scheinwerfer mit einer aufgenommenen Leistung von bis zu 150 W im Einsatz Xenon Scheinwerfer werden dagegen meist als Rundumbeleuchtung an Einsatzfahrzeugen eingesetzt und sind f r die Untersuchung eher untypisch Es wurde eine mehrstufige Untersuchung durchgef hrt 1 Ermittlung des kritischsten Paares Scheinwerfertechnologie Modultechnologie anhand der jeweils relevanten Lichtspektren Worst Case Paarung 2 Untersuchungen zur Homogenit t des Lichtkegels der Scheinwerfer 3 Messungen an kompakten Modulanordnungen ann hernd quadratische Anordnung mit vergleichsweise h chster erreichbarer Homogenit t bei Scheinwerferbestrahlung Worst Case Anordnung 4 Bestimmung der Abh ngigkeit der generierten elektrischen Str me und Spannungen vom Abstand der Lichtquelle zum Modulfeld und der Leistungsstufe des eingesetzten Scheinwerfers bzw Scheinwerferkombination hier mit Worst Case Technologie Paarung 142 4 5 2 1 Worst Case Paar Es wurden alle Scheinwerfer spektral vermessen wobei ermittelt wurde dass die spektrale Lichtzusammensetzung unabh ngig von der Leistungsklasse und weitgehend unabh ngig vom jeweiligen Hersteller ist siehe auch Bild 4 22 am Beispiel von 5 verschiedenen Halogenscheinwerfern 0
163. der eine finanzielle Entsch digung in Form einer R ckerstattung des Restwerts oder der Zahlung der durch die Minderleistung entgangenen Ertr ge Einige Hersteller bernehmen auch die Kosten die durch Austausch und Transport der Module entstehen Tabelle 1 11 Kriterien der Gew hrleistungs und Garantiebedingungen von Modulherstellern Arten der Gew hrleistung und Dauer Jahre Gesetzliche Gew hrleistung Produktgarantie gew hrleistung Leistungsgarantie Garantienehmer Endkunde Ersterwerber Material und Verarbeitungsfehler Minderleistung Optische Fehler Leistungen Austauschprodukt Reparatur E bernahme Austauschkosten Restwerterstattung Ertragsausfall wegen Minderleistung Bedingungen O 3 O D m o D 5 Installation laut Installationsanleitung 31 Fachgerechte Montage Normale Anwendung Regelm ige Wartung Einsatz in urspr nglicher Anlage Haftungsausschluss bei Inselsysteme H here Gewalt Vandalismus Kombination mit anderen Modultypen berspannung Netzr ckkopplungen BEEEEBEEEE EEEEEBEREE Pee efe eoo Pee el fe eose Pee l soose pe ef ooon pe l Se leoon fel Ll e lenes Voraussetzung f r einen Garantieanspruch ist dabei grunds tzlich die bestimmungs und sachgem e Verwendung des Moduls insbesondere die Beachtung der Installationsanleitung siehe 2 3 1 Installationsanleitungen der Hersteller K nnen Verst e gegen die Installationsanleitung oder
164. des betreffenden Analyten bezogen auf einen Normkubikmeter Rauchgase bzw ein Kilogramm Brandr ckst nde bzw ein Liter L schwasser aufgef hrt Au erdem werden die insgesamt freigesetzten Stoffmengen die sich jeweils aus der Multiplikation der gemessenen Stoffkonzentration mit dem Gesamtvolumen der Rauchgase der Gesamtmasse der Brandr ckst nde bzw dem Gesamt Volumen des eingesetzten L schwassers ergeben angegeben Rauchgasanalyse Es wurden die Entstehungskonzentrationen nach DIN EN 45545 2 2013 als Mittelwerte ber die Versuchsdauer gemessen Versuch A B 20 min Versuch C 10 min Abl schen nach ca 7 min Tabelle 4 29 Mittlere Rauchgaskonzentrationen c Si Modul Arsen Chlorwasserstoff mg m8 Bromwasserstoff mg m Fluorwasserstoff mg m Stickstoffmonoxid Stickstoffdioxid Schwefeldioxid Formaldehyd mg m mg m mg m mg m 172 gt gt SS gt _ oO 5 gt Zi CO gt gt m gt 5 gt E Tabelle 4 30 Mittlere Rauchgaskonzentrationen CIS Modul Arsen Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid Cyanwasserstoff Chlorwasserstoff Bromwasserstoff Fluorwasserstoff Stickstoffmonoxid Stickstoffdioxid Schwefeldioxid Formaldehyd Hg m Hg m Hg m Hg m mg m mg m mg m mg m mg m mg m mg m mg m mg m mg m Versuch 2A 1 5 250 _ D gt CO O esch O1 gt
165. dings nur dann der Fall wenn der eingesetzte Lichtbogendetektor zuverl ssig Lichtbogensituationen erkennen kann und Fehlausl sungen mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden k nnen Deshalb ist eine sorgf ltige Auswahl eines solchen Ger ts unabdingbar 5 3 6 Batterien und Laderegler Netzunabh ngige PV Anlagen mit Batterien und Laderegler waren nicht Bestandteil des diesem Bericht zugrundeliegenden Forschungsprojektes Da Batterien aber auch zunehmend in netzgekoppelten PV Anlagen verwendet werden werden hier die Minimalanforderungen im Hinblick auf Brandvermeidung aufgef hrt In der Norm EN 50272 2 2001 VDE 0510 Teil 2 bzw IEC 62485 2 sind die Sicherheitsanforderungen an Batterien und Batterieanlagen f r station re Blei und NiCd Batterien ausf hrlich beschrieben 224 Im Folgenden wird nur auf die Ma nahmen zur Vermeidung von berhitzungen und Lichtbogenbildung im Bereich der Schaltger te und der Leitungsverlegung und auf die Ma nahmen gegen Explosionsgefahr eingegangen Diese Ma nahmen sind auch bei Li Ionen Batterien zu beachten Die Nennspannung ist das Produkt aus der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen und der Nennspannung einer Zelle Bleibatterie 2V Nickel Cadmium Batterie 1 2V Diese entspricht jedoch nicht der Spannung beim Laden h her oder Entladen tiefer In den Baitterieleitungen und in den Leitungen aller an den DC Bus angeschlossenen Ger te wie Laderegler Batteriewechselrichter bz
166. dulen Auf der AC Seite sind es handels bliche oder modifizierte mehrpolige Wechselstrom oder Drehstrom Steckverbinder Die Stromtragf higkeit dieser Verbinder muss ausreichend sein Kritisch an dieser Stelle ist dass hier zumeist keine vorkonfektionierten Anschlusskabel verwendet werden k nnen sondern vom Installateur die Stecker vor Ort h ndisch an die Anschlussleitungen montiert werden m ssen Dies birgt immer die Gefahr einer unzureichenden Qualit t der Quetsch oder CGrimpverbindungen oder der Zugentlastungen welche nur durch ein gewissenhaftes Arbeiten minimiert werden kann Nach den Erkenntnissen der Schadensanalysen innerhalb des Forschungsprojekts treten brandrelevante Fehler auch oftmals auf der hinl nglich bekannten konventionellen AC Verkabelung auf Im Ger t selber werden die Anschl sse teilweise auch ber Klemmen auf der Leiterplatte vorgenommen Hier sollten bevorzugt Federzug Klemmen eingesetzt werden da sie einen dauerhaft konstanten Anpressdruck der Leiter gew hrleisten Bei der Konstruktion der Leiterplatte bzw deren Befestigung im Ger t ist zu beachten dass w hrend des Transports und des Montagevorgangs zum Teil unvorhersehbare und erhebliche Kr fte auftreten k nnen die zu Besch digungen der Leiterbahnen mit m glichen Sp tfolgen f hren k nnen 97 Wie oben dargestellt ist es vorteilhaft alle Komponenten auf einer Leitplatte oder auf m glichst wenigen Leiterplatten unterzubringen Hierdurch wird
167. durchg nge selbstverl schende Eigenschaften aufweisen k nnen Gleichstrom Lichtb gen grunds tzlich stabil brennen was ein besonderes Brandrisiko bedeutet Alle Lichtb gen u ern sich ber ein hochfrequentes elektrisches Rauschen dass im Leiter sowohl direkt als auch ber eine Detektion der elektromagnetischen Wellen registriert werden kann Dabei unterscheidet sich die Charakteristik eines Gleichstrom DC Lichtbogens wie er z B im PV Generatorfeld auftreten kann von einem Lichtbogen im Wechselstromkreis AC Dies wird nachfolgend detailliert erl utert 2 1 Definition und Eigenschaften eines Lichtbogens Unter einem Lichtbogen versteht man eine Gasentladung zwischen zwei Elektroden in der eine elektrische Potentialdifferenz f r eine Sto ionisation sorgt welche einen dauerhaften Stromfluss erm glicht Oberhalb einer bestimmten Temperatur bildet sich aus dem Stickstoff der Luft ein leitf higes Plasma Dieser Zustand kann z B erreicht werden wenn ein Kontakt durch den ein elektrischer Strom flie t auseinandergezogen wird L sst der Anpressdruck der Kontakte nach steigt der bergangswiderstand Es kommt punktuell zu einem Schmelzen und anschlie endem Sieden des Kontaktmaterials Schlie lich explodiert die verbleibende Metallbr cke Aus einem zun chst entstehenden Metalldampf Lichtbogen kann sich ein stabiler Gasentladungslichtbogen bilden wenn Strom und Spannung ausreichend hoch sind 3 Bild 2 1 Stabiler DC Lic
168. durchgef hrt werden kann Um dieses Schutzziel zu erreichen sind die folgenden Mindestanforderungen bei Planung Bau und Installation von PV Anlagen nach VDE AR2100 712 zu realisieren gt An jeder Anlage ist obligatorisch die Kennzeichnung von PV Anlagen und der Leitungsf hrung umzusetzen Das betrifft die Anbringung des genormten Hinweisschildes am Hausanschlusskasten sowie die Anbringung eines bersichtsplanes f r die Einsatzkr fte am bergabepunkt der elektrischen Anlage z B dem Hausanschlusskasten bzw Geb udehauptverteiler gt Des Weiteren m ssen entweder bauliche oder technische Installationsma nahmen vorgenommen werden um den Schutz vor ber hrbaren gef hrlichen Spannungen im Geb ude zu realisieren gt Folgende bauliche Installationsma nahmen bieten sich an 1 gegen Feuer gesch tzte Verlegung der nichtabschaltbaren DC Leitungen im Geb ude Der Feuerwiderstand der Leitungsanlage richtet sich nach der jeweils g ltigen Landesbauordnung mindestens jedoch F30 Dies kann z B durch Unterputz Verlegung nach VDE 0100 520 oder Brandschutzkan le und sch chte nach EN 1366 oder DIN 4102 erreicht werden 2 Verlegung des DC Bereichs einer PV Anlage au erhalb des Geb udes durch z B e Verlegung der DC Leitungen au erhalb des Geb udes und Einf hrung direkt in den elektrischen Betriebsraum bzw an die Hausanschlussstelle oder 219 e die Installation der Wechselrichter im Au enbereich oder am Geb ude eintritt
169. durchgef hrt wurde Dar ber hinaus muss die statische Auslegung den Bedingungen in der speziellen Anwendung gem erfolgen Einige Garantiebedingungen verweisen hier auf DIN 1055 siehe 2 3 2 Normen Vorschriften und Richtlinien Die Demontage des Montagesystems oder Teilen davon zur Verwendung in einer weiteren Anlage ist nicht explizit ausgeschlossen sofern die statischen Anforderungen erf llt sind Die meisten Hersteller fordern die regelm ige Wartung des Systems f r einen Fortbestand der Gew hrleistung Wartungsintervalle oder konkrete Ma nahmen geben sie dabei aber nicht vor 1 4 2 Einrichtungen zur Qualit tssicherung und Wartung Neben den Herstellern f r PV Komponenten gibt es eine Reihe weiterer Institutionen und Einrichtungen zur Sicherstellung der Qualit t von PV Anlagen Zum einen existieren normative Festlegungen zur Qualit tssicherung auf Seiten der Hersteller H ndler und Installateure Dar ber hinaus bieten Branchen und Fachverb nde sowie unabh ngige Pr finstitute weitere freiwillige Zertifizierungen und Dokumentationsvorlagen an 1 4 2 1 Qualit tssicherung der Komponenten Der erste Schritt in der Qualit tssicherung sind die Qualit tskontrollen des Herstellers in der Produktion Normative Vorgaben dazu enth lt unter anderem ISO 2859 Annahmestichproben anhand der Anzahl fehlerhafter Einheiten oder Fehler Attributpr fung und ISO 3951 Verfahren f r Stichprobenpr fung anhand quantitativer Merkmale
170. e en sich h ufig nicht genauer identifizieren Es wird jedoch vermutet dass in vielen F llen schlechte Verbindungsstellen urs chlich waren 60 Meldungen in der online Umfrage und Aussagen von Sachverst ndigen deuten darauf hin dass speziell Schraubklemmen gegen ber anderen Verbindungstechniken ein erh htes Risiko haben eine berhitzung auszul sen 3 3 2 4 Alter der Anlagen Bild 3 17 stellt die Verteilung des Anlagenalters bei Schadenseintritt dar Es zeigt eine deutliche H ufung von Sch den im ersten Betriebsjahr H ufigkeit sch PM Mi D GG O On Ch On O On O On EZ no WM o W gt E o u 1 d oP 10 11 Bild 3 17 Anlagenalter zum Schadenszeitpunkt 99 F lle Teilweise traten Sch den schon in der Bauphase auf Die hohe Zahl der fr hen Sch den spiegelt nach Meinung der Autoren einerseits Produktionsfehler besonders von Wechselrichtern wider und andererseits die zahlreichen Installationsm ngel die bereits nach wenigen Volllast Wochen zu Br nden f hrten Die hohe Zahl von Installationsm ngeln d rfte teilweise auf die schlechten Arbeitsbedingungen zur ckzuf hren sein So wurde 2011 etwa 40 der neuinstallierten Kapazit t im Dezember errichtet 19 unter enormem Zeitdruck und widrigen Arbeitsbedingungen Die Ursache ist mit dem damaligen Stichtag f r eine massive Verg tungsreduktion gem EEG bekannt 61 ll 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 H ufigkeit bi Lu CH ri CO CH sl C
171. e Dritte 3 Erweiterte A amp W Pr fung IR Kamera EL neue Verfahren durch unabh ngige Dritte 4 Schulung von Planern und Installateuren 5 Qualit tssicherung beim Hersteller von Komponenten 6 Federzugklemmen anstelle von Schraubklemmen 7 Weltweite Normierung von Komponenten insb DC Steckverbinder 8 Lichtbogen Detektor und automatische Abschaltung siehe Hinweise aus Kapitel 5 3 5 9 Konstruktive Verbesserungen z B an Steckverbindern 10 Schlankes Anlagendesign Verzicht auf berfl ssige Komponenten 11 Bauliche Ma nahmen z B gesch tzte Verlegung von Leitungen 12 Viele weitere gr tenteils bereits bekannte Detaill sungen Fazit Als haupts chliche Fehlerquelle wurde leider der Faktor Mensch erkannt Die vorgeschlagenen Verbesserungsma nahmen liegen daher haupts chlich im Bereich der Qualit tssicherung sowohl bei den Komponenten als auch bei der Planung und Ausf hrung der Anlagen Regelm ige Pr fungen durch unabh ngige Dritte wurden als sehr sinnvoll erachtet jedoch muss der finanzielle Aufwand in einem sinnvollen Verh ltnis zum Anlagenertrag stehen Zus tzliche Sicherheitskomponenten k nnen das Risiko weiter reduzieren wurden aber erst an zweiter Stelle hinter einer fachm nnischen Planung und Ausf hrung der Anlagen mit hochwertigen Bauteilen benannt Insgesamt wurde die Durchf hrung der FMEA von den Beteiligten als sehr sinnvoll erachtet da vergleichbar einem Bra
172. e P ar f g 8 Bild 4 1 Feurwehr Einsatz bei einem PV Brand auf einem Wohngeb ude hier 2008 in Bremen Bild www feuerwehr de 4 2 1 1 Freilegung von spannungsf hrenden Leitungen Durch Brandeinwirkungen aber auch durch mechanische Ursachen z B Sturm k nnen unabh ngig von der Montageart oder Anlagenart z B Dach Wand Freifl chenanlage Sch den an den elektrischen Leitungen der PV Anlagen entstehen Gefahr Kontakt mit spannungsf hrenden Leitungen f r Einsatzkr fte 111 Schutzziel Vermeidung eines elektrischen Schlages f r Einsatzkr fte Risikoma zahl VS Bewertung Aufgrund des hohen Schadensausma es m gliche Todesfolge f hrt die Bewertung zu einem hohen Risiko 4 2 1 2 Besch digung von PV Modulen z B durch den Drehleiterkorb Durch die Benutzung von unterschiedlichen elektrisch leitenden Arbeitsger ten kann es zu einer Besch digung von PV Modulen und in der Folge zu einer indirekten Ber hrung von spannungsf hrenden Teilen kommen Gefahr elektrischer Schlag Risikoma zahl 4 Schutzziel Vermeidung einer Spannungsverschleppung oder indirekten Ber hrung Bewertung Die M glichkeit eines elektrischen Schlages f r die Einsatzkraft kann wenn berhaupt nur bei einer geerdeten Anlage auftreten jedoch m sste dann die Einsatzkraft durch die Ber hrung von zwei unterschiedlichen Potentialpunkten z B Schrittspannung Spannung aufbauen 4 2 1 3 Betreten des Daches Bei Brandeins tzen
173. e allerdings bisher noch nicht durch eine entsprechende Produktnorm im Regelwerk erm chtigt worden sind Dabei kann nur das ausgangsseitige DC System als gesch tzter Bereich betrachtet werden Die Dauerstrombelastbarkeit der Abschalteinrichtung muss mindestens f r den 1 25 fachen Wert von lsc stc an der Anschlussstelle ausgelegt sein Sie muss bei Auftreten eines internen Fehlers in einen sicheren Zustand fallen fail safe Prinzip z B Trennung im Fehlerfall bei einer Trenneinrichtung Ist dies nicht sicherzustellen dann muss die Funktion der Einrichtung t glich berwacht werden Gegebenenfalls m ssen um die Abschalteinrichtung nicht in ihrer Funktion zu beeintr chtigen Einrichtungen eingesetzt werden die R ckstr me aus den Wechselrichtern oder aus parallelen Str ngen verhindern wie z B Strangdioden oder Strangsicherungen Bei Ausl sung durch ein externes Freigabesignal z B von einem Steuerger t oder einem Wechselrichter dass dauerhaft anstehen muss Fail safe Prinzip muss die Abschalteinrichtung ansprechen wenn innerhalb einer Zeit von max 15 Sekunden das Freigabesignal nicht mehr ansteht Sinnvoll ist es dass die Einrichtung bei Wiederkehr des Freigabesignals wieder einschaltet 220 Einrichtungen zum Trennen des Stranges bzw des PV Generators m ssen die Anforderungen an ein Schaltger t nach EN 60947 3 oder EN 60947 2 erf llen Einrichtung zum Abschalten in oder an der Anschlussdose des Moduls m ssen mindestens die
174. e stellen eine potentiell betr chtliche Gef hrdung f r die Einsatzkraft dar Herunterh ngende und besch digte Leitungen einer PV Anlage oder auch jeder anderen elektrischen Hausinstallation k nnen einen Stromfluss ber das Wasser verursachen wenn gleichzeitig geerdete Systeme ber hrt werden Aufgrund der hohen Leitf higkeit des Wassers k nnen so auch bei Entfernungen von mehreren Metern lebensgef hrliche Str me im Amperebereich entstehen In den beschriebenen Versuchsreihen wurde immer der Worst Case betrachtet Im realen Einsatzfall werden die Widerstandswerte des Menschen insbesondere mit Kleidung bzw Schutzkleidung und Schuhen deutlich h her liegen wodurch sich das Risiko eines gef hrlichen Stromschlags verringert 140 4 5 1 10 Relevanz f r die Normung Die Erkenntnisse aus den Versuchsreihen hinsichtlich Sicherheits bzw Strahlrohrabst nden best tigen die Angaben der VDE 132 Eine Kurzfassung der Testreihen wird dem Arbeitskreis des DKE K 213 Brandbek mpfung an elektrischen Anlagen zugeleitet Weitere praktische Tests sollten k nftig auf einen Spannungsbereich bis 1500 V DC erweitert werden da diese Spannungsgrenze im Modul und PV Anlagenbereich verst rkt von Interesse sein k nnte Innerhalb DIN EN 15182 ist eine elektrische Pr fung f r Strahlrohre nicht mehr vorgesehen F r die Charakterisierung der Hohlstrahlrohre sind Einzelnachweise bez glich ihrer elektrischen Eigenschaften aber notwendig wie die 0 9
175. echnung gestellt Zur Blindleistungskompensation verbaute Kondensatoren m ssen stets zusammen mit der Erzeugungsanlage zu und abgeschaltet werden um kapazitive Blindleistung zu vermeiden 1 3 4 5 Netzr ckwirkungen Grunds tzlich d rfen andere Netzkomponenten und anschl sse nicht durch den Betrieb der Erzeugungsanlage gest rt werden Bei der Festlegung von Grenzwerten f r St rgr en verweisen einige TAB auf die DIN EN 61000 2 2 andere definieren eigene Grenzwerte Die Konformit t mit den Anforderungen des Netzbetreibers erfolgt durch eine Erkl rung des Herstellers oder eigene Berechnungen Die einzelnen St rgr en f r die Grenzwerte definiert werden sind Spannungsspr nge durch Zu oder Abschalten von Erzeugungsanlagen oder Gro verbrauchern Flicker am Netzverkn pfungspunkt Oberschwingungsstr me und Spannungsasymmetrien zwischen den Au enleitern Dar ber hinaus enthalten einige TAB auch Grenzwerte f r die Beeintr chtigung netzeigener Tonfrequenzen f r Rundsteuerempf nger 29 Zur Vermeidung von Netzr ckwirkungen wird die Anlage bei berschreitung der maximalen angemeldeten Einspeiseleitung vom Netz getrennt 1 4 Status Wartung und Qualit tssicherung 1 4 1 Gew hrleistungs und Garantiebedingungen der Hersteller F r die meisten Komponenten einer PV Anlage besteht ber die gesetzliche Produktgew hrleistung hinaus eine Herstellergarantie Diese ist an die Garantiebedingungen des jeweiligen Herstellers gekop
176. echselstrom bei deutlich niedrigeren Werten zu Kritischeren Auswirkungen f hrt als Gleichstrom Dies liegt daran dass bei Wechselstr men bei jedem Polarit tswechsel die neuralen und muskul ren Strukturen einschlie lich des Herzens erregt werden Die gr te Gef hrdung liegt dabei im Frequenzbereich von 50 Hz bis 60 Hz Bei Gleichstrom kann ca der vier bis f nffache Wert des jeweiligen Wechselstromgrenzwertes angenommen werden wie in Tabelle 4 4 zu erkennen ist Tabelle 4 4 Grenzwerte f r l nger andauernde Strombelastung Grenzwerte f r IEC 60479 1 elektrische Dauerstr me Bereich 1 Bemerkbarkeit bereits m glich keine k rperliche Reaktion Bereich 2 Muskelkontraktionen m glich Bereich 3 Starke unwillk rliche Muskelreaktionen m glich Bereich A Herzkammerflimmern m glich Die Wahrnehmbarkeitsschwelle f r Gleichstrom liegt bei 2 mA Im Gegensatz zum Wechselstrom sind nur Beginn und Unterbrechung des Stromflusses sp rbar erst bei Str men oberhalb 100 mA kann eine W rmeentwicklung bemerkbar sein Eine Loslass Schwelle ist bei Gleichstrom nicht definiert Der lebensbedrohliche Bereich beim Gleichstrom beginnt ab einem Strom von 150 mA und einer Durchstr mungsdauer von etwa 1 s Bei solch hohen Stromwerten ist auch bei Gleichstrom die Gefahr eines Herzkammerflimmerns gegeben F r die Bewertung der Gef hrdung wird bei den durchgef hrten Messungen ein maximaler Strom von 25 mA DC als Grenzwert Bereich 2 betrachtet
177. ection ergeben Auch hier muss in jedem Fall die L ttemperatur gemessen werden und das verwendete Messger t kalibriert sein Als einer der letzten Prozessschritte werden bei der Anschlussdosen Kontaktierung in der Regel Plus und Minus Pol in der am Modul befestigten Anschlussdose fixiert Dies geschieht entweder mechanisch z B durch einen Klippverschluss oder durch einen weiteren L tprozess f r den die gleichen Qualit tsanspr che wie oben genannt gelten Bei der Produktion von D nnschicht Modulen werden die monolithisch hergestellten Zellen im Allgemeinen mit einem L ngs und Querkontaktierband miteinander verbunden Hier ist wie bei den Kristallinen Silizium Modulen auf die geeignete Dimensionierung der Kontaktb nder zu achten Die Fixierung der B nder erfolgt z B durch Ultraschall Schwei en oder L ten Auch hier muss die Prozess berwachung sicherstellen dass keine St rstellen im Stromfluss entstehen Die Anschlussdosen Kontaktierung sowie die Anspr che an die Qualit tssicherung sind entsprechen denen kristallinen Silizium Modulproduktion Neben den Inline gibt es eine Reihe von sinnvollen Offline Tests zur Verifizierung der elektrischen und brandtechnischen Sicherheit der Module Zu diesen geh rt der Hot Spot Test bei dem die Verschattung einzelner Zellen simuliert wird sowie der Reverse Current Test bei dem ein Strom in R ckw rtsrichtung durch das Modul geschickt wird In beiden F llen kann es hierdurch zu kritischen
178. ef hrt um das Brandverhalten und die Schadstofffreisetzung der Module bei unterschiedlichen thermischen Beanspruchungsintensit ten zu analysieren Abbildung 3 Erg nzend erfolgte an jedem Modultyp ein weiterer Versuch mit 150 kW Brennerleistung wobei nach sechs bis sieben Minuten Versuchsdauer jeweils mit 20 L L schwasser ber einen Zeitraum von 45 s abgel scht wurde Die Versuche erfolgten unter einer Abzughaube nach ISO 9705 bei einem Abluftvolumenstrom von ca 1 m s Folgende Gr en wurden gemessen e WW rmefreisetzungsrate e Raucherzeugungsrate e Temperaturen an der Modulvorder und r ckseite e Massenverlust der Module und Masse der Brandr ckst nde e zerst rte Modulfl che e Erzeugungsraten der Gaskomponenten Kohlendioxid CO2 Kohlenmonoxid CO Cyanwasserstoff HCN Chlorwasserstoff HCI Bromwasserstoff HBr Fluorwasserstoff HF Stickstoffmonoxid NO Stickstoffdioxid NO2 und Schwefeldioxid SO e in den Rauchgasen enthaltene Mengen an Arsen Blei Cadmium und Selen e in den Brandr ckst nden enthaltene Mengen an Arsen Blei Cadmium und Selen e im L schwasser enthaltene Mengen an Arsen Blei Cadmium und Selen Zus tzlich wurden zwei Referenzversuche mit nicht brennbaren Kalziumsilikatplatten anstelle der Module durchgef hrt um festzustellen welche Rauch CO und CO Erzeugungsrate der Gasbrenner unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen verursacht Diese Messwerte wurden von den eigentlic
179. ef hrt werden Die Schalteinrichtung l st bei der berschreitung von in den TAB definierten Spannungs und Frequenzgrenzwerten oder der Unterbrechung der Verbindung zum Ortsnetztransformator aus und ist auf den maximalen Kurzschlussstrom auszulegen Nach einem Spannungsausfall im Verteilnetz darf sich die Anlage fr hestens nach 3 min Niederspannung bzw 15 min Mittelspannung wieder zuschalten Neben der selbstt tigen Freischaltung fordern die TAB bei PV Anlagen die Installation eines Rundsteuerempf ngers zur Beschr nkung der maximalen Einspeiseleitung Die Signal bertragung erfolgt dabei je nach Netzbetreiber ber den Telefonanschluss Funk oder Tonfrequenzen im Netz Die Reduzierung der Erzeugung erfolgt in den Schritten 60 30 und 0 der maximalen Einspeiseleistung und wird ber Relais umgesetzt Bei Anlagen lt 30kWp kann auf einen Rundsteuerempf nger verzichtet werden wenn die Einspeisung daf r dauerhaft auf 70 Generatornennleistung gedrosselt wird 1 3 4 4 Blindleistungskompensation Die TAB verpflichten den Betreiber einer Erzeugungsanlage zur Bereitstellung eines bestimmten Anteils an Blindleistung Dessen Leistungsfaktor cos p wird vom VNB festgelegt ist nach Anlagengr e Betriebspunkt und Tarifzeit der Einspeisung gestaffelt und liegt im Bereich von 0 9 untererregt bis 1 ber die Toleranzen hinausgehende bezogene oder eingespeiste Blindleistung wird dem Anlagenbetreiber nach in den TAB ausgef hrten Bedingungen in R
180. efahrenmatrix der Feuerwehr f r Eins tze an PV Anlagen Welche Gefahren sind erkannt Welche Gefahren m ssen wir bek mpfen Erkrankung Verletzung Kl Elektrizit t Strahlung Chemische Atemgifte Angstreaktion Ausbreitung zeen ez x Nr N Mannschaft Die Einsatzszenarien der Feuerwehren k nnen grunds tzlich auch nach den Einsatzarten Brandbek mpfung und technische Hilfeleistung unterteilt werden Es finden sich aber auch Ereignisse die sowohl der einen als auch der anderen Einsatzart zugeordnet werden kann Der gr te m gliche Gefahrenbereich Elektrischer Schlag wurde in die drei Gebiete Allgemeine Szenarien Brand bek mpfung und Technische Hilfeleistung unterteilt Z E Im Rahmen einer Risikobewertung werden die unterschiedlichen Szenarien mittels der Kenngr en Schadensausma und der Eintrittswahrscheinlichkeit eingestuft Diese werden entsprechend des 2012 erstellten Leitfadens zur Erstellung einer Gef hrdungs beurteilung im Feuerwehrdienst der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung DGUV eingesetzt Die Eintrittswahrscheinlichkeit W wird in f nf Kategorien eingeteilt 0 nie absolut keine Gelegenheit auf die Gefahr zu treffen 1 ausnahmsweise 2 gelegentlich 3 wahrscheinlich 4 immer Die m glichen gesundheitlichen Folgen F werden ebenfalls in f nf Kategorien eingestuft 0 ohne Folgen 1 gering leichte reversible Verletzungen z B kleine Schnittwu
181. ei erfolgt erst bei einem L schwassereintrag von 1 m auf einer Bodenfl che kleiner als 1 dm Boden c Si Die berschreitung des Grenzwertes f r Cadmium erfolgt erst bei einem L schwassereintrag von 1 m auf einer Bodenfl che kleiner als 2 m CdTe W hrend die Bedingung f r Blei anschaulich nicht zu erreichen sein d rfte ist die Bedingung f r Cadmium unter ung nstigen Verh ltnissen z B Ablauf des L schwassers ber eine Kante theoretisch denkbar Fazit Beim Brand von CdTe Modulen k nnen ber das L schwasser unter Worst Case Bedingungen kritische Cadmium Eintr ge in den Boden erfolgen Es wird daher eine Bodenprobeentnahme und analyse empfohlen 4 6 7 178 Zusammenfassung Beim Brand von PV Modulen werden zus tzliche Schadstoffe in relevanter Menge in die Umgebung freigesetzt abh ngig von der Zelltechnologie und in besonderem Ma auch abh ngig von den verwendeten Polymeren Die Schadstoffemission von PV Modulen ist als additiver Beitrag zu werten da bei jedem Dachstuhl oder Hausbrand eine gro e Brandlast mit toxischen Stoffen beteiligt ist Gro formatige Laboruntersuchungen zeigen unter ventilieten Bedingungen keine Grenzwert berschreitungen im Rauchgas f r untersuchte Schwermetalle und Halogenwasserstoffe Der Wort Case wurde abgesch tztl Eine genaue Grenzwertbetrachtung ist durch die Einzigartigkeit jedes Brandgeschehens nicht m glich In den Brandr ckst nden wurden bei den Testmuster
182. eicher vermehrt eingesetzt Die politische F rderung dieser Anlagen speziell im Kleinanlagensegment und die rasante Entwicklung der Speicher Technologien l sst eine zunehmende Verbreitung in den kommenden Jahren erwarten Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konnten die neuen Einbausituationen und Risiken nur punktuell bewertet werden Die speziellen Eigenschaften und Risiken im Schadensfall durch elektrische Speicher werden im Rahmen eines weiteren Forschungsprojektes unter Federf hrung von T V Rheinland analysiert Dessen vollst ndiger Titel lautet Sicherheit und Zuverl ssigkeit von Photovoltaikanlagen mit Speichersystemen unter besonderer Ber cksichtigung von Brandrisiken und L schstrategien Schlussfolgernd aus den Untersuchungen dieses und weiterer paralleler Forschungsvorhaben ist das Brandentstehungsrisiko in PV Anlagen bei brandschutzgerechter Planung Verwendung qualitativ hochwertiger Komponenten und fachgerechter Installation sehr gering berhitzungen durch Kontaktalterungen w hrend der Betriebszeit k nnen nicht ausgeschlossen werden entwickeln sich meist aber ber einen l ngeren Zeitraum Im Worst Case kann daraus ein Lichtbogen entstehen Gleichstromlichtb egen sind nicht selbstverl schend und bergen damit das Risiko einer Brandweiterleitung Regelm ige Inspektionen und Wartungen k nnen hier einem gr eren Schaden vorbeugen ebenso wie die Inspektion nach besonderen Ereignissen wie Unwettern oder Erdbeben F r beso
183. eiht Schraub Umgebungsterperatur Derating keine 260 Ekemmen in Potentialtrennplatten erc Feldverteilern Klemmen verschmart Wechselrichtern DiL Seite Verbesserte Abnahmeprifung CS Miderstands messung EA Abnahme durch Dritten LC Sachverst ndiger Ki p Pa D Schulung der Installateure in diesem Fall nicht hilfreich Kabel solation mit eingeklemmt 250 Abnahmepr fumg Dir 0126 25 BREEBEBBEE DB Dp bM Bus 281 Beteiligte orere Erandausl sungs Erandausl sungs S a SS S Entdeckungs rn P ne l aa en en nn ee Ort Bedeutung Bedeutung Entdeckungs m gliche Auftritts Kommentar Kabel kolation mit eingeklemmt Abnahmepr fung iM 0126 23 Ursschgern e Verarbeitung von Alu Leftungen gro e Querschnitte gro e Leistungen Folge Pa rallelichtb ogen Schraubkantakte unzureichend angezogen Leitungen ungeeignet eingef hrt z B einfschere gerade Einf hrung von Leitungen Lichtbogen bei Kupfer erst bei sehr hoher Temperatur Effekt ur klar 282 Beteiligte Erandausl sungs Erandausl sungs I Auftritts g 3 S S Eeer Entdeckungs m gliche Auftritts Se Entdeckungs un nn nem E ee er een 2er Ort Bedeutung Bedeutung Kommentar untendimensiorvert zu dicht gereiht 5chraub Umgebungsternperatur Derating keine Elemmen in Potentialtrennplatten etc Feldvert
184. eilern Klemmen verschmart Wechselrichtern Ac Seite In diesem Fall nicht hilfreich Bp unsachgem e Verarbeitung von Alu Leftungen irirliriclici Lichtbogen bei Kupfer erst bei sehr hoher Temperatur Effekt unklar L twerbindun nn L tstellen verschmort ggf Schlechte L tung Alterung durch Zeilverbinder Lichtb gen im Modul mechanischen thermischen Stress SS zer Wiederhalungs 336 pr fung ON 0126 23 283 Ist Zustand Werbesserter Zustand Beteiligte Meran Erandausl sungs Erandausl sungs 3 Se S l SS E Entdeckungs m gliche Auftritts Se S Entdeckungs er ge Serai p en EE er ER en rer Ort Bedeutung Bedeutung Kommentar Schlechte Latung Alterung durch mechanischen lt thermischen Stress E berspannung durch statische Entladung w hrend Modulfertigung und installation Eypass und Dioden kurzgeschlassen oder berspannung durch Gewitter oder Stringdioden offen Schalthandlungen im System Langzeit Ausfall durch thermische berlastung und Temperatunwechsel bei wechselnder Abschattung Abgerssene Zeilverbinder B ndchen Modul Unterbrechungen solatiansfehler 284 Beteiligte i Erandausl sungs E Erandausl sungs u a Auftritts ur Entdeckungs m gliche Auftritts Entdeckungs Komponenter Potentielle Fehler potentiele Ursachen wahrscheinlicthkeit D hrscheinlichkeit wahncheiniichkeit RAPZ Ahsen aha wa hrscheinlichkeit wahe
185. eilung der Zellstr me zu schaffen der Ausfall oder die Trennung nur eines Busbars reicht dann nicht um einen Lichtbogen zu z nden 5 In einer Kurzrecherche wurde an 50 aktuell auf dem Markt befindlichen kristallinen PV Modulen die Anzahl der Zellverbinder gez hlt Hierbei stellte sich heraus dass der Gro teil der Module mit zwei Busbars verbaut wird Bild 3 40 Anzahl der Zellverbinder bei einer Stichprobe von 50 aktuellen Modultypen 3 Busbars 2 Busbars 38 62 Bild 3 40 Anzahl der eingesetzten Zellverbinder bei verschiedenen Modultypen 80 Eine detailliertere Auswertung des Solar Systemhauses Energiebau ergab dass bei 5 Zellen stets nur zwei Busbars verwendet werden Bei 6 Zellen ist sowohl der Einsatz von zwei als auch von drei Busbars blich Zellgr e zu Busbars m2 Busbars m3 Busbars 4 Zoll 5 Zoll 6 Zoll 6 Zoll Andere 156x110 ohne d nnschicht Bild 3 41 H ufigkeit der Anzahl der Busbars in Abh ngigkeit von der Zellgr e Die bersicht basiert auf Daten repr sentativer Module vom Markt Jeder zus tzliche Zellverbinder erh ht die Redundanz Falls defekte L tkontakte auftreten kann der Strom ber andere Busbars flie en Bei drei Busbars ist deshalb die die Entstehung eines Lichtbogens an Zellkontaktierungen weniger wahrscheinlich Andererseits wird dadurch die Zellfl che geringf gig verringert die aktiv zur Stromerzeugung
186. ein Absturz meist zu schweren Verletzungen f hrt 4 3 3 Thermische Spannungen im Modul Im Brandfall k nnen durch die thermischen Belastungen z B beim Branddurchtritt durch das Modul oder durch auftreffendes kaltes L schwasser extreme Spannungen in den Modulgl sern entstehen die in der Folge zu explosionsartigen Abplatzungen und Splitterbildung mit Verletzungsgefahr f hren Auch bei der Beseitigung von Tr mmern kann durch vorhandene mechanische Spannungen im Glas bei Bewegung und Verkantung eine Splitterbildung auftreten Gefahr Schnittverletzungen durch Gilassplitter Schutzziel Vermeidung der Splitterbildung oder Verhindern von Schnittverletzungen Risikoma zahl 4 Bewertung Die Auswirkung h ngt von der unterschiedlichen thermischen Aufbereitung oder den mechanischen Spannungen der Module ab und wird nur mit einer geringen Eintrittswahrscheinlichkeit gr ere Verletzungen verursachen 4 3 4 Explosion Eine berflutung von Teilen der PV Anlage z B Im Kellerraum befindlicher Wechselrichter oder Speicher durch Hochwasser oder L schwasser kann bei gleichzeitig anliegender Gleichspannung zwischen Plus und Minuspol des Systems eine Elektrolyse stattfinden Hierbei wird Wasserstoff gebildet der in geschlossenen und schlecht bel fteten R umen eine Explosionsgefahr darstellt Knallgas Bei Li lonen Speichern ist unter extremen u eren Umst nden berhitzung Kurzschluss die Gefahr eines thermischen Durchgehens t
187. eiterleitung der Entz ndung verhindern kann Nun gibt es aber auch Modulhersteller die kein eigenes Flachdachmontagesystem im Einsatz haben sondern dieses von einem externen Lieferanten einkaufen bzw der Installateur Module und Systeme verschiedener Hersteller zusammenstellt und zum Einsatz bringt F r Module ohne zugeh riges Montagesystem ist eine praktikable L sung f r die Normung zu erarbeiten um einerseits den Pr faufwand gering zu halten und andererseits ein gr tm gliches Ma an Qualifizierung ber die Pr fmethode zu sichern F r alle o g F lle muss die EN 13501 5 als Klassifizierungsgrundlage eingesetzt werden da das Schutzziel nach wie vor lautet dass u ere Flammbeanspruchungen nicht ins Geb udeinnere dringen d rfen Weitere Parameter wie Pr fdauer und Windgeschwindigkeiten m ssen Gegenstand der k nftigen Normungsdiskussion sein Hierzu konnte im vorliegenden Projekt keine Diversifizierung umgesetzt werden Es wurde mit Unterst tzung von f nf europ ischen L ndern beschlossen dass im Herbst des Jahres 2014 ein New Work Item Proposal die Arbeit zur Erstellung einer Brandpr fmethode f r dachinstallierte PV Anlagen aufnimmt Diesbez glich liegt auch eine positive Abstimmung des nationalen Komitees vor Hierf r wurde folgender Titel gew hlt External fire exposure to roofs in combination with photovoltaic PV arrays Test method s Die Forschungsergebnisse dienen hier als Ausgangspunkt weiterer
188. eitsschutzrichtlinien x Il Verweis auf allgemeine Bestimmungen i Grunds tzlich erlauben die Hersteller nur ausgebildetem Fachpersonal den Umgang mit ihren Systemkomponenten Die Produkte d rfen weder ver ndert noch mit systemfremden Fabrikaten kombiniert werden Insbesondere die Kombination von Steckverbindungen verschiedener Hersteller wird von den etablierten Herstellern abgelehnt Mit verschmutzten oder nassen Steckern d rfen keine Verbindungen hergestellt werden Bei der Kabelf hrung ist darauf zu achten dass Kabel und Stecker nicht dauerhaft in Wasser liegen oder direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind dass Anschlussdosen und Steckverbindungen nicht unter Zug stehen und Biegeradien eingehalten werden Besonders umfangreich sind die Anweisungen zum Herstellen von Crimpverbindungen Gro e Hersteller geben dazu detailreiche und illustrierte Anleitungen heraus die unter Anderem die Verwendung geeigneten Crimpwerkzeugs des jeweiligen Herstellers vorschreiben Der Umfang der Hinweise unterscheidet sich bei den Kabeln und Steckverbindern st rker als bei anderen Systemkomponenten Teilweise enthalten Unterlagen verschiedener Hersteller auch widerspr chliche Informationen zur Kompatibilit t unterschiedlicher Systeme Insbesondere beanspruchen viele kleinere Unternehmen die Kompatibilit t ihrer Systeme mit den weit verbreiteten Stecksystemen w hrend deren Hersteller von der Kombination mit anderen Systemen kategorisch abraten 1 3 3 4
189. eitung von eventuellen Br nden im Ger t selber erschweren Weiterhin ist eine hohe IP Klasse z B IP65 von Vorteil da aufgrund der in diesem Falle zumeist sehr dichten Geh useabdichtung eine Sauerstoffzufuhr hin zum internen Brandherd erschwert wird L fter Derzeit befinden sich sowohl Wechselrichter mit aktiver K hlung durch einen oder mehrere L fter als auch solche ohne L fter auf dem Markt Der Vorteil der Ger te mit L fter ist darin zu sehen dass der Gesamtaufwand f r einen kleinen K hlk rper mit einem L fter geringer ist als bei einem l fterlosen Ger t mit einem entsprechend gro en K hlk rper Nachteilig ist dass der L fter generell ein Verschlei teil ist wichtiger aber noch wiegt das Argument der Verschmutzung von L fter und K hlkanal bei einer forcierten L ftung Allerdings kann es auch bei einem l fterlosen Ger t durch Verschmutzung oder Abdeckung zu einem W rmestau und somit zu einer Brandgefahr kommen Wesentlich ist daher bei beiden Konzepten eine berwachung der K hlk rpertemperatur verbunden mit einer entsprechenden Leistungsbegrenzung und ggf Signalisierung des Fehlerzustandes Bei einigen Ger ten werden auch innerhalb des Geh uses L fter eingesetzt um die Entstehung von W rmenestern zu verhindern Hier besteht keine Verschmutzungsgefahr wohl ist aber die Betriebsdauer der L fter zu beachten Gut ausgelegte und auf einen hohen Wirkungsgrad optimierte Ger te erreichen auch bei Dauerlast T
190. el Brandschutt Splitter gt Personen Umwelt Bild 4 28 Emissionen und Gef hrdungen im Brandfall 149 4 6 2 Wissensstand Nach derzeitigem Kenntnisstand zum Thema toxische Emissionen durch Photovoltaik Anlagen treten bauartbedingt bei intakten Modulen w hrend ihrer normalen Betriebszeit weder kritische Ausgasungen auf noch ist ein Schadstoffeintrag in den Untergrund zu erwarten Bei einer starken Besch digung der Solarmodule dagegen z B durch Hagel direktem Blitzeinschlag oder Brand ist eine Schadstoff freisetzung in geringen Mengen nicht auszuschlie en z B 46 47 48 Die Fragestellung ob diese Schadstofffreisetzungen im Havariefall kritische Werte f r Mensch und oder Umwelt erreichen k nnen ist aktuell nicht abschlie end gekl rt Bisherige Untersuchungen befassen sich berwiegend mit D nnschicht Modulen auf Cadmium Tellurid Basis CdTe da metallisches Cadmium und Cadmiumverbindungen in mehrfacher Hinsicht als stark toxisch eingestuft werden es gilt u a als karzinogen keimzell mutagen f tussch digend und hat dar ber hinaus die gef hrliche Eigenschaft sich im K rper anzusammeln sodass eine mehrfache Exposition schon sehr geringer Dosen ernste Gesundheitssch den bewirken kann 49 Dieses ist bei einer Bewertung des Risikos im Hinblick auf Feuerwehreinsatzkr fte zu beachten Das Aufnahmerisiko besteht haupts chlich durch Einatmen oder Verschlucken Weiterhin ist es stark gew ssersch digend
191. el Bestell Nr E10003 E38 101T G3021 2010 90 Friege H Kummer B Ressourcenschonung am Beisiel der Elektro und Elektronikaltger te Ill Photovoltaik Module 2012 91 M B chle Allianz Stuttgart Einsatz von Aluminiumkabeln in der Photovoltaik ep Photovoltaik 5 6 2012 92 Photon Markt bersicht PV Modultechnologien 2012 IX Anlagen 2 1 a FMEA Ergebnisse Ergebnisse der FMEA Analyse zum Thema Brandrisiko in PV Anlagen 10 12 2012 Frankfurt A T VRhainiand BE Fraunhofer w Beteiligte Auf Brandauslosungs Brandausiosungs x te potentielle Fehle tentielle Ursache hrscheinlichkeit Leet A mogha DERE Wee KEE papa ianiai d Eegenen dee wahrscheinlichkeit ans zeg wahrscheinlichkeit Abstellma nahmen wahrscheinlichkeit SE Sa wahrscheinlichkeit 2 9 Ist Zustand Werbesserter Zustand Beteiligte E Erandausl sungs EE S Erandausl sungs OT PO Auftritts z E Entdeckungs m gliche Auftritts Se S Entdeckungs Komponente Potentielle Fehler potentielle Ursachen Er en weahrscheinlichkeit waohrscheinichkeit Tara heinamaa aaah on wahrscheislichkeit Kommentar Ort Bedeutung Bedeutung Stecker werksseitig schlecht georimpt auch innerhalb von Verteilern Wechselnchtern etc Schulung der Installateure Stecker Design Kontaktierung ohne Stecker vor Ort schlecht gecrimpt pr fung NN 0126 23 Lichtbogen Detektor Schulung der Planer Installateure Stecker unt
192. elastung der betroffenen Betriebsmittel f hren und damit ein erh htes Degradationsrisiko f r die Kontaktstellen bedeuten Auf Dauer kann diese Degradation zu einer berhitzung des Kontaktes bis hin zum Brand f hren Es gibt auch Hinweise dass die typischen Lastzyklen in Photovoltaik Anlagen zu einer besonderen Belastung von Kontakten f hren T gliche Wechsel zwischen Leerlauf und Nennlast und lange anhaltender Betrieb mit Nennlast samt den entsprechenden Temperaturwechseln scheint bei vielen Kontaktarten eine beschleunigte Alterung zu bewirken Dies betrifft mindestens Reihenklemmen Schraubklemmen an Betriebsmitteln Stromschienenverbindungen und Messerkontakte von NH Sicherungen Diese zyklische Belastung wird m glicherweise in den derzeitigen Produktnormen nicht gen gend ber cksichtigt Als Konsequenz der Fehler und Ausfallm glichkeiten sollte der Zustand der Verbindungsstellen regelm ig gepr ft werden 100 3 6 Risikoanalyse 3 6 1 Methodik Photovoltaik Anlagen sind komplexe elektrotechnische Anlagen mit einer Vielzahl von Einzelkomponenten Geht man von einer im Jahre 2013 in Deutschland insgesamt installierten Leistung von mehr als 30 GW aus so entspricht das einer Anzahl von etwa 150 Mio Modulen ca 450 Mio Bypass Dioden ca 10 Mrd Solarzellen 3 Wp und ca 50 Mrd L tstellen Hinzu kommen Leitungen Verteiler Strangdioden DC Sicherungen DC Schalter Wechselrichter AC Sicherungen IT Schnittstellen etc sowie
193. emperaturniveaus von wenigen 10 Grad ber der Umgebungstemperatur Als Beispiel sei hier ein Ger t der Firma REFUsol gezeigt Bild 3 56 mn rr mp in 2 vuan TF mung Ps a Der Refusol 17K kommt an keinem der f r die Thermografiekamern sichtbaren Bauteile in die N he kritischer Temperaturen der mehrlagige Aufbau versperrt allerdings die Sicht aul den Leistungstosl Bild 3 56 Aufbau und Thermografie eines hocheffizienten PV Wechselrichters Maximal gemessene Temperatur 60 4 C 38 99 3 5 7 Wechselstrominstallation Unerwartet viele Brandsch den haben ihren Ursprung auf der AC Seite von PV Anlagen Als Ursache wurde in vielen F llen eine mangelnde Qualit t der Ausf hrung identifiziert Folgende M ngel wurden beobachtet e Leitungen waren unterdimensioniert e _Schraubklemmen waren nicht angezogen e Leitungsisolierungen waren mit eingeklemmt oder Leitungsenden waren nicht g nzlich in die Klemme eingef hrt so dass eine zu kleine Kontaktfl che entstand e Dimensionierungsregeln f r Sicherungen und LS Schalter wurden missachtet in dem die erh hte W rmebelastung aufgrund von H ufung von Gleichzeitigkeit und durch erh hte Umgebungstemperaturen nicht beachtet wurde e Netzstationen die f r EVU Last mit einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 0 7 ausgelegt waren wurden in PV Anlagen eingesetzt Dort ist der Gleichzeitigkeitsfaktor mindestens 0 85 Alle diese M ngel k nnen zu einer erh hten Temperaturb
194. en 69 3 3 3 3 Nicht fachgerechtes Handling von Modulen Ein Anlagenbetreiber beobachtete dass ein Installateur die Anschl sse eines Moduls bei der Montage als Transporthilfe missbrauchte Dadurch wurde offenbar die Zugentlastung berlastet und die Kontakte der Modulanschlussdose etwas auseinandergezogen Im anschlie enden Sommer brach die Leistung des zugeh rigen Teilgenerators ein Bild 3 27 zeigt warum Einer der Kontakte weist Spuren eines Lichtbogens auf Bild 3 27 Besch digte Steckkontakte in einer Modulanschlussdose Auf der Suche nach der Ursache des Leistungsabfalls fand der Installateur zwei Module mit je einem zerst rten Kontakt in der Modulanschlussdose Aufgrund von internen Lichtb gen wurde der Strangstrom komplett unterbrochen Diese Lichtb gen blieben gl cklicherweise auf das Innere der Dose beschr nkt Das Bild l sst erkennen dass der linke Anschluss gegen ber dem rechten etwas nach unten gerutscht ist Vermutlich passierte dies aufgrund der eingangs geschilderten mechanischen Misshandlung der Modulanschlussleitungen 3 3 3 4 Lose Klemmverbindung Wegen ihres Kostenvorteils werden zunehmend Aluminiumleiter in PV Anlagen verwendet Da Aluminium bei niedrigeren Temperaturen als Kupfer schmilzt f hren erh hte Kontaktwiderst nde schneller zum Auftrennen des Leiters und ggf zum Lichtbogen Hier ein Beispiel wo der Sachverst ndige eine fehlerhafte Klemmverbindung fand die in Verbindung mit
195. en Anlagenteilen oder ber die Weiterleitung des elektrischen Stromes durch Wasser insbesondere durch den L schwasserstrahl Normativ gelten f r unter Spannung stehende elektrische Anlagen Abstandsrichtwerte sowohl f r die Ann herung als auch f r L schma nahmen um die Gefahr eines elektrischen Schlages auszuschlie en PV Anlagen geh ren definitionsgem zu den Niederspannungsanlagen nach VDE 0132 AC lt 1000 V DC lt 1500 V Erste Ergebnisse aus praktischen L schstrahlversuchen in 2010 durch den PV Sachverst ndigen Dr Bendel 42 ergaben unkritische Stromwerte berwiegend im einstelligen mA Bereich Andere Untersuchungsergebnisse aus Leitf higkeitsmessungen zum praktischen Nachweis der normativen Abstandsempfehlungen bei DC Anlagen lagen dem Projektteam zum Zeitpunkt der Versuchsdurchf hrung in 2011 nicht vor Zwischenzeitlich sind weitere Versuchsreihen durch die Oberhessische Versorgungsbetriebe AG OVAG in 2012 und aktuell im Rahmen eines Kooperationsprojektes der OVAG und der Vereinigung zur F rderung des deutschen Brandschutzes e V vfab in 2014 durchgef hrt worden deren Messergebnisse ebenfalls nur sehr geringe Werte teilweise au erhalb des Messbereichs von 0 1 mA ergaben Diese Messungen werden in der Bewertung der Versuchsergebnisse ber cksichtigt PV Anlagen sind derzeit f r maximale Systemspannungen von 1000 V DC ausgelegt Diskutiert wird eine Anhebung des maximalen Wertes auf 1500 V DC Der tats chliche Spannu
196. en ihrer Versicherungsf lle im Zusammenhang mit PV Anlagen ma geblich unterst tzte Last but not least m chten wir uns ganz herzlich bei den Teilnehmern unserer drei Workshop Veranstaltungen in K ln und Freiburg bedanken die uns mit ihrem fachlichen Interesse ihrem Sachverstand und eigenen Erfahrungen neue Impulse und Best tigung gaben Willi Vaa en TUV Rheinland und Heribert Schmidt Fraunhofer ISE auch im Namen des Projektteams Inhaltsverzeichnis 1 Status Aufbau und Anforderungen an PV Anlagen uzess2s02ennennnnnnnnnunnnnnnunnunnnnnnunnunnnnnnunnsnnsnnnunnsnsennne 9 1 1 Aufbau von PV Systemien EE 9 1 2 Kategorisierung verschiedener PV Anlagen senonnenoseenssennosennssernssernssersssersssernsserssserssserssserssserssseennse 10 1 3 Status der Anforderungen an Komponenten Systeme und Installation 20s2222202222see onen ern 1n 11 1 3 1 Normen Vorschriften und Richtlinien u un a A T 11 1 3 2 Antorder ngen an ENEE 14 1 3 3 Installationsanleitungen der Hersteller 20 1 3 4 Installationsanforderungen der Verteilnetzbetreiber snnnsosseenssseeensssreresssrerssserersssrrersssreresses 27 1 4 Status Wartung und Qu alit tssicherund 2 nn RR 29 1 4 1 Gew hrleistungs und Garantiebedingungen der Hersteller 0 nennen 29 1 4 2 Einrichtungen zur Qualit tssicherung und Wartung 34 1 4 3 Anforderungen durch Gesetzgeber und Institutionen VDS GDV BSWl 37 2 Lichtbogen Physikalischer
197. en ist kann man nicht davon ausgehen dass Kontaktpaare unterschiedlicher Hersteller 25 Jahre Lebensdauer erreichen Bei beschleunigten Alterungstests solcher Kreuzpaarungen traten teilweise stark berh hte Kontaktwiderst nde auf Diese f hren zum berhitzen der Steckverbindung und k nnen auf Dauer zu einer Kontaktunterbrechung mit Z ndung eines Lichtbogens f hren Die Firma Multi Contact lehnt folglich jede Gew hrleistung bei Kreuzpaarungen ab 3 3 3 2 DC Schalter DC Hauptschalter wurde in 13 F llen als Fehlerquelle gefunden Aus den Schadenf llen lie sich nicht eindeutig feststellen ob es sich um generelle Produktschw chen handelte oder berlastung der Bauteile aufgrund schlechter Planung unter Missachtung des zul ssigen Temperaturbereiches oder des Bemessungsstroms der Schalter F r beide Ursachenkomplexe gibt es Hinweise Zu einem Brand in einer 1 MWp Anlage auf einem Industriedach Bild 3 22 ver ffentlichte das IFS folgenden Bericht Ein IFS Gutachter stellte bei der Untersuchung fest dass es eine berhitzung am Gleichstrom Hauptschalter im Vorsammlergeh use gegeben hatte Baugleiche Schalter befanden sich in jedem der fast 130 Vorsammler Eine berpr fung ergab dass es bei mehreren Schaltern bereits zu Schmorsch den gekommen war 22 Ti Bild 3 22 Brand eines Generatoranschlusskastens In der Bildmitte sieht man einen baugleichen Kasten Er besitzt kein Schutzdach Quelle Freiwillige Feu
198. end der Produktion empfohlen bei Neueinrichtung oder nderung von Materialien oder Prozessen bei der L tung Lamination oder Stringung kontinuierlich ber die gesamte Produktionszeit Empfehlung f r die Normung Einf hrung einer dynamischen mechanischen Pr fmethode bei gleichzeitiger Bestromung der Module Eine entsprechende Methode soll der Ermittlung der Belastungsf higkeit von Zellverbindern dienen Qualifizierung der L tverbindung durch Inlinemessverfahren Erg nzend zu den in 5 1 benannten Verfahren zur Qualit tssicherung in der Produktion muss an M glichkeiten gearbeitet werden die L tqualit t an den Zellverbindern inline also als integraler Bestandteil der Produktion zu berwachen Aus Sicht der Risikoreduzierung zur Entstehung von Lichtb gen sind oben ausgiebig die potentiellen Lichtbogenentstehungsorte diskutiert worden Ausgehend von mehr als 30 GWp installierter Anlagenleistung in Deutschland ist leicht erkennbar dass Kontaktierungen eine besondere Beachtung bei zus tzlichen Qualit tssicherungsma nahmen verdienen Ausgehend von einer Modulleistung von 200 W sind z Zt etwa 150 Millionen Module installiert mit insgesamt etwa 10 Milliarden Solarzellen a3 Wp und ber 50 Milliarden L tstellen Zur berpr fung von Zellverbindern wird im Folgenden ein Verfahren beschrieben dass am Fraunhofer ISE entwickelt wurde und bereits 1997 in Bad Staffelstein vorgestellt wurde 66 Die Qualit t der Verbindung zwische
199. endbaren Anforderungen aus der EN 50521 2008 A1 2012 bzw IEC 62852 ed 1 FDIS Connectors for photovoltaic systems entsprechen wobei die beschleunigte Temperaturwechselpr fung hier eine Zyklenanzahl von 800 hat In einer bevorstehenden Erg nzung zum Teil 1 der Sicherheitsnorm f r PV Module EN 61730 1 2007 A11 2014 Photovoltaik PV Module Sicherheitsqualifikation Teil 1 Anforderungen an den Aufbau wird f r Europa gefordert dass Komponenten wie Anschlussdosen und Steckverbinder die oben genannten Normanforderungen erf llen Dies ist in der IEC Version des Standards bisher nicht der Fall Hier arbeitet man weiter an einer Verbesserung des Sicherheitsstandards durch eine zweite Edition der IEC 61730 Reihe Entz ndbarkeit von R ckseitenfolien Gegenw rtig wird von R ckseitenfolien innerhalb der IEC 61730 1 ber den ASTM Standard E 162 der sogenannte Flame Spread Index mit einem maximalen Wert von FSI 100 abverlangt Dieser Wert errechnet sich aus den Flammausbreitungseigenschaften der Flamme an der Pr fprobe innerhalb vordefinierter Messmarken Dabei bestimmt neben der Flammausbreitungsgeschwindigkeit je schneller desto h her der FSI auch die Temperatur in der Ablufteinheit das Ergebnis Mittels Probek rper von verschiedenen Folienherstellern wurden Vergleichspr f Serien an R ck und Frontseitenfolien nach verschiedenen Verfahren ISO ASTM UL angewendet Ziel der Untersuchungen war es Tendenzen bei Materialien und d
200. enl nge durchgef hrt Es wurde eine gro e Streuung der Ergebnisse festgestellt Erg nzende Aussagen sollen analytische Laboruntersuchungen an ganzen Modulen im daf r speziell ausgestatteten Brandlabor unter realit tsnahen Bedingungen liefern Bislang wurden keine Versuche mit unvollst ndiger Verbrennung z B durch Abl schen durchgef hrt Es sind in der Literatur bislang keine Untersuchungen dieses Szenarios beschrieben Die Risikobetrachtung f r Einsatzkr fte der Feuerwehren stellt einen Spezialfall dar Einsatzkr fte bewegen sich mit Atemschutz im Nahbereich der brennenden PV Anlage Eine Absch tzung der Konzentrationen der Schadstoffe in Entfernungen unter 100 m soll erg nzend zu den 0 9 Ausf hrungen vom Bayerischen Landesamt f r Umwelt durchgef hrt werden Feuerwehreinsatzkr fte sind im Brandfall u U deutlich l nger als 10 min der Schadstoffbelastung ausgesetzt Dies spiegelt sich auch in speziellen Einsatztoleranzwerten der Feuerwehren ETW wider die sich auf 4 Stunden beziehen Bei Schwermetallen erfolgt eine Anreicherung im K rper eine wiederholte Exposition ist denkbar Eine Risikobetrachtung muss dies ber cksichtigen Somit ist ein anderer Ansatz zur Grenzwertbetrachtung erforderlich 155 4 6 3 Zusammensetzung der Module und Komponenten PV Anlagen insbesondere PV Module enthalten entsprechend ihres komplexen Aufbaus eine Vielzahl von Materialien Zur Absch tzung von theoretisch m glichen Schadstofffreise
201. ennbar z B Calciumsilikat mit 15 mm Dicke mit einem umlaufenden berstand von 10 cm Wechselrichter sollten nicht in Bereichen montiert werden in denen sich brennbare Stoffe befinden Vor aggressiven D mpfen Wasserdampf und feinen St uben sollten die Ger te gesch tzt werden So k nnen z B in Scheunen oder St llen Ammoniakd mpfe entstehen die Sch den am Wechselrichter hervorrufen k nnen 5 3 3 Anlagen am oder auf dem Geb ude Grunds tzlich gilt dass die Installation von PV Anlagen die Schutzfunktion von D chern und Brandw nden nicht mindern darf Damit sich ein Geb udebrand nicht auf andere Geb ude oder Geb udeteile ausbreitet sind durch die jeweiligen Bauordnungen der L nder LBO sowie in der Musterbauordnung MBO verschiedene Anforderungen an Geb ude und D cher festgelegt siehe Kap 5 2 1 Brandschutz Dazu z hlen insbesondere die Anforderung der Harten Bedachung f r Indachl sungen sowie die Verwendung von Materialien mit einer Einstufung von mindestens Baustoffklasse B2 215 Normalentflammbar Klasse B2 nach DIN 4102 alt oder Klasse E nach EN 13501 neu bei Aufdachl sungen Die meisten PV Module mit Glas k nnen in Klasse B2 bzw E eingeordnet werden Die Modulanbieter sollten dieses mit einer bereinstimmungserkl rung des Herstellers H nachweisen Bei dachintegrierten Systemen wird der Nachweis der Haten Bedachung im Regelfall durch den Hersteller in Form von bauaufsichtliichen Pr
202. epage verlinkt Das Thema wurde auch vom WDR in der Sendung Kopfball aufbereitet und erl utert die Themenstellung aus dem Kapitel 5 5 sehr anschaulich 258 ll Dokumentendownload e Brosch re Brandschutzgerechte Planung Errichtung und Instandhaltung von PV Anlagen http www dgs de fileadmin bilder Dokumente PV Brandschutz DRUCK 24 02 2011 pdf e DIBT Hinweispapier Hinweise f r die Herstellung Planung und Ausf hrung von Solaranlagen https www dibt de de Fachbereiche Abteilung I html e BSW Solar Merkblatt f r Einsatzkr fte Einsatz an station ren Lithium Solarstromspeichern Hinweise f r die Brandbek mpfung und technische Hilfeleistung http bsw li 1u5Ygz5 259 Ill Webseiten e Projekthomepage hittp www pv brandsicherheit de e Homepages der Projektpartner o T V Rheinland Energie und Umwelt GmbH www tuv com PV Fraunhofer Institut Solare Energiesysteme www ise fraunhofer de Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie Landesverband Berlin Brandenburg e V http www dgs berlin de o Feuerwehr Brandtechnologie M nchen http www muenchen de rathaus Stadtverwaltung Kreisverwaltungsreferat Branddirek tion Muenchen html o Currenta GmbH amp Co OHG Fehler Hyperlink Referenz ung ltig Analytik http www analytik currenta de o Energiebau Solarstromsysteme GmbH http www energiebau de Berner Fachhochschule http www bfh ch Photovoltaiklabor der Berner Fachhochschule http www pvtest ch
203. er herrschen hier regelm ig Lufttemperaturen von ber 40 e Durch die PV Wechselrichter wurden zus tzlich bis zu 5 kW Verlustw rme eingetragen Die laut Datenblatt zul ssige maximale Betriebstemperatur des Schalters lag bei 40 C Man muss also davon ausgehen dass der zul ssige Temperaturbereich des Schalters regelm ig deutlich berschritten wurde Sechs der Schalter hatten den Brand nahezu unversehrt berstanden Zwei dieser Schalter zeigten Vorsch den in Form von beginnender Verkohlung an den Flachsteckverbindern Bild 3 24 Bild 3 24 Deutliche berhitzungsspuren an Anschl ssen und im Inneren eines berlebenden Schalters Beim Zerlegen des obigen Schalters zeigten sich auch im Inneren des Schalters starke berhitzungspuren Isoliermaterial Trennscheiben und die Achse waren angeschmort Die W rme kam offensichtlich von den Schaltkontakten und nicht wie urspr nglich vermutet von den schw cher gewordenen Flachsteckverbindern Die Schalterachse war durch die Hitzebelastung im Durchmesser geschrumpft und in der Mitte gebrochen Vermutlich brach sie genau in dem Moment als der Schalter ben tigt wurde als die Feuerwehr beim L scheinsatz die Anlage freischalten wollte 6 Anzumerken ist dass Wechselrichter und Schalter auf einer Ziegelwand montiert waren Dadurch fand der Brand keine zus tzliche Nahrung Test von Schaltern auf Durchgangswiderstand Es ist bekannt dass sich bei ausreichend langer
204. er erheblichen Besch digung der Module zu rechnen siehe Bild 3 46 Eine Brandentstehung aufgrund der Hitzewirkung des Blitzstromes ist nicht auszuschlie en Die Bypassdiode ist sehr wahrscheinlich durchlegiert und falls keine blitzstromtragf higen berspannungsableiter eingebaut sind ist der Wechselrichter wahrscheinlich defekt Viel h ufiger sind allerdings indirekte oder Nah Einschl ge bei denen ein Blitzteilstrom in einem nahe gelegenen Teil einer Blitzschutzanlage oder ber die Elektroinstallation flie t bzw dort eine berspannung induziert wird In diesem Fall kann ein gestaffelter berspannungsschutz am PV Generator bzw an der Netzeinspeisestelle die Gefahr einer Besch digung der Bypassdioden und des Wechselrichters stark verringern innerer Blitzschutz Schottky Bypassdioden sind aber nach wie vor stark gef hrdet siehe folgendes Kapitel 86 Besonders bei rahmenlosen Modulen k nnen bei Blitzschutzanlagen in geringer Entfernung weniger als etwa 1 2 m zu den Modulen auftretende Teilblitzstr me auch in den modulinternen Verdrahtungsschleifen bereits so hohe Spannungen induzieren dass Sch den an den zugeh rigen Bypassdioden auftreten Gerahmte Module sind etwas weniger empfindlich aber auch hier k nnen sehr geringe Abst nde von weniger als etwa 40 80 cm kritisch sein 32 Mit der in letzter Zeit festzustellenden Entwicklung von mehrfachen elektronischen Schutz einrichtungen innerhalb der Modulanschlussdose inte
205. er und sollte mit hoher Sorgfalt durchgef hrt werden insbesondere um Sicherheitsrisiken z B Gefahr durch elektrischen Schlag oder Brandgefahr auszuschlie en Bei einer sorgf ltig durchgef hrten Abnahme sollten M ngel oder Abweichungen zu Ausf hrungsart Qualit t und Beschaffenheit sicher erkannt werden Daraus lassen sich auch Forderungen zur Nachbesserung bzw Nachlieferung ableiten Da Eigent mer oft nicht ber den entsprechenden fachlichen Hintergrund f r eine qualifizierte Beurteilung der Anlage verf gen ist es ratsam Fachleute hinzuzuziehen Neben der fachlichen Qualifikation und der technischen Ausrichtung der oder des Ausf hrenden ist ein gewisser Erfahrungsschatz bei der Bewertung von PV Anlagen u erst sinnvoll Qualifizierte Firmen sind ausreichend und fl chendeckend verf gbar Der Umfang der bei der Abnahme durchgef hrten Pr fungen und Kontrollen sollte ja nach Art Gr e und Komplexit t der Anlage sowie nach besonderen Umgebungsbedingungen oder speziellem Anforderungsprofil angepasst werden So gibt es bei einer geb udeintegrierten PV Anlage mehr Kontrollpunkte als z B bei einer dachparallelen Anlage Ebenso ist bei einer Gro anlage mit entsprechendem Investitionsvolumen gegebenenfalls eine tiefergehende Leistungspr fung anzuraten als bei einer Kleinanlage Die Entscheidung liegt letztendlich beim Eigent mer oder Investor Eventuell werden aber auch Forderungen durch Banken oder Versicherer aufgestellt 233
206. eratorabschnitten f r Feuerwehreinsatzfahrzeuge freigelassen werden vor allem zu den Wechselrichtern und Trafo Stationen Es empfiehlt sich die Generator Tische in Brandabschnitte einzuteilen und die Mittelg nge freizulassen um die Risiken einer Brandweiterleitung auszuschlie en Die Anlagen berwachung sollte mit einer Brand berwachung ausger stet sein und BMA installiert werden Die zust ndige Feuerwehr sollte ber die PV Anlage inklusive Leitungsf hrungen informiert werden und Pl ne zum Einsatz erhalten Die Feuerwehr sollte Zugriff auf BMA erhalten Erdkabel sind sachgem anzuschlie en und mit Schutz vor mechanischen Besch digungen wie z B beim Grasschnitt zu verlegen Ebenso sind die Anschl sse in Trafo und Wechselrichtern ordnungsgem mit Schutz vor mechanischen Besch digungen auszuf hren Generell ist auch hier f r die Gleichstromseite eine erd und kurzschlusssichere Installation vorzunehmen 221 Brandlasten und Brandgefahren sollten durch folgende Ma nahmen minimiert werden e Geeignetes Material f r die Unterkonstruktion verwenden e kabel vor Nagetieren gesch tzt verlegen e Nach der Installation keine Brandlasten auf dem Gel nde zur cklassen Kartonagen Verpackungsmaterial etc e Zu starken Bewuchs unter der PV Anlage vermeiden regelm iges M hen vor allem unter der PV Anlage und Grasschnitt von der Anlage entfernen e Regelm ige Wartung der Bel ftungsanlage der Wechselrichtereinheiten
207. erden h ufig nur wenige Modulstr nge realisiert sodass die Str nge direkt an den Wechselrichter angeschlossen werden k nnen und der o g Generatoranschlusskasten entf llt Bei gr eren Anlagen werden zur Parallelschaltung der Str nge Generatoranschlussk sten GAK verwendet Bei sehr gro en Anlagen oder vielen separaten Wechselrichtern kommen dar ber hinaus DC Koppelk sten an denen mehrere GAK Abg nge zusammengeschaltet werden zum Einsatz Der Generatoranschlusskasten beinhaltet Anschlussklemmen und Trennstellen sowie gegebenenfalls Strangsicherungen und Strangdioden Oft werden in den Generatoranschlussk sten Uberspannungs 10 ableiter eingebaut die zur Ableitung von berspannungen gegen Erde dienen Deshalb wird der Potenzialausgleichs bzw Erdungsleiter in den Generatoranschlusskasten gef hrt Bei der Auswahl der DC Schalter sollte ber cksichtigt werden dass diese das entsprechende Schaltverm gen f r Gleichstrom mindestens DC 22B Schaltverm gen besitzen Die Leitungen lassen sich in Modulleitungen Strangleitungen Gleichstromhauptleitung und Wechselstromanschlussleitung unterscheiden Die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Modulen eines Solargenerators und zu dem Generatoranschlusskasten werden als Modulleitungen oder als Strangleitungen bezeichnet Diese Leitungen werden im Au enbereich eingesetzt Um eine erd und kurzschlusssichere Verlegung zu gew hrleisten werden einadrige Kabel mit dop
208. eren Eigenschaften zu bestimmen und eine qualitative Vorauswahl von Modulmaterialien als Bestandteile des Verbunds durch eine geeignete Pr fmethodenentwicklung zu erm glichen Bisher fehlt die Einsch tzung zum Verhalten beim Brand im finalen Produkt F r die Tests standen die Materialien APA ETFE PPE TPT und PA als herk mmliche Dampfbremse zur Verf gung Dabei wurden neben der erw hnten ASTM Norm die ISO Standards 11925 2 auch als Pr fgrundlage f r die Baustoffklassifizierung von Bedeutung ISO 5658 2 und 95 28 EG eingesetzt 202 Tabelle 5 3 bersicht der Probek rper und angewendeten Pr fungen LL e o 200 50 ISO 5658 2 800 155 120057 A_ B ASTME162 457 152 0 1 ETFE frontsheet F1 250 90 0 1 ETFE frontsheet F1 L20057C B 11805658 2 800 155 0 1 ETFE frontsheet F1 3 120057 D B 95 28EG 1560 170 0 1 ETFE frontsheet F1 L20058A 0 28 1200588 ISO 5658 2 800 155 ol PT 6l L200598_ D ISO 11925 2 250 90 0 35 ASTME 162_ 457 152 0 06 PA Dampfsperre 6l ISO 5658 2 800 155 PA Dampfsperre Es kann zusammengefasst festgestellt werden dass bei allen Testmustern bei jeder Pr fung sowohl die Beurteilung des Brandverhaltens hnlich erfolgt Die Aussage zur Qualit t der Materialien spiegelt sich somit in jeder Pr fanwendung wider so dass zun chst alle Verfahren als gleicherma en geeignet erscheinen Bei der ISO 11925 2 wurde nicht nur die einzelne Probe gepr ft sondern
209. ergie und Umwelt GmbH Entstehung von giftigen Gasen beim Brand von Photovoltaik Modulen T V Rheinland 1997 58 Dr K rber T V Rheinland Stellungnahme Risikoanalyse f r die Schadstofffreisetzung bei Br nden von PV Anlagen K ln 2012 59 H Cramer Grundlegende Untersuchungen ber die Emissionen von Spurenstoffen bei der Verbrennung von Kohle VGB Kraftwerkstechnik 66 1986 Heft 8 S 750 753 1986 60 Vehlow J Birnbaum L K ppel W Arsen und Antimon in der Abfallverbrennung A J 3 97 S 9 19 1997 61 Vogg H Braun H Metzger M und Schneider J The specific Role of Cadmium und Mercury in Municipal Solid aste Incineration Waste Mangement Research 1986 4 S 65 79 1986 62 Dr Ortner Dr Hensler Beurteilung von Kunststoffbr nden www Ifu bayern de luft doc kunststoffbraende pdf 1995 63 VFDB Verein zur F rderung des Deutschen Brandschutzes e V Richtlinie vfdb 10 01Bewertung von Schadstoffkonzentrationen im Feuerwehreinsatz Stand Herbst 2010 2010 64 BBodSchV Bundesbodenschutz und Altlastenverordnung BBodSchV 1999 2 5 65 BMU Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Kl rschlammverordnung 1992 2012 66 Dr H Schmidt Fraunhofer ISE Aus der Praxis f r die Praxis Fehlersuche in Solargeneratoren und Modulen 12 Symposium Photovoltaische Solarenergie Bad Staffelstein 1997 Seiten 128 1
210. eringer auch dessen elektrische Leitf higkeit Die Abst nde nach der DIN VDE 0132 Norm sind so ausgelegt dass keine gef hrlichen Str me ber den L schmittelstrahl bertragen werden k nnen Erwartete Ergebnisse F r alle Messwerte des Ableitstroms wurden aus den allgemeinen Erfahrungen an elektrischen Anlagen unkritische Werte erwartet Der Erwartungswert f r Vollstrahl und 1 m Abstand lag vergleichsweise am h chsten Mit zunehmender Entfernung 5 m und oder bei Auff cherung Spr hstrahl Stellung sollten die Ableitstr me wenn berhaupt messbar vorhanden geringer ausfallen Mehrzweckstrahlrohr Die gemessenen Ableitstr me bei Verwendung des CM Mehrzweckstrahlrohrs mit Mundst ck sind in Bild 4 12 dargestellt Wichtigstes Ergebnis der Messungen ist Alle gemessenen Ableitstr me die den C K rper des Feurwehrmannes im Worst Case von Hand zu Fu durchstr men k nnten liegen im unkritischen Bereich lt 25 mA Tabelle 4 5 Strom in mA E Strom bei Vollstrahl mA d I Strom bei Spr hstrahl mA m m Entfernung Strahlrohrspitze zur Platte Bild 4 12 Ableitstr me bei CM Mehrzweckstrahlrohr Wasser 129 Erwartungsgem sind bei 1 m Abstand die Str me bei Spr hstrahleinstellung 15 Spr hwinkel gestreifter Balken etwas geringer als bei Vollstrahleinstellung voller Balken Nicht erwartungsgem werden dagegen bei 5 m Entfernung bei beiden Strahlarten gr ere Str me gemessen als bei 1 m Abst
211. erschiedene Szenarien unter Ber cksichtigung von Wind untersucht Es werden diverse Anlagengr en und verschiedene W rmeleistungen betrachtet und jeweils die bodennahe Konzentration von Cadmium f r Entfernungen ab 100 m aufzeigt Als Ergebnis wird festgestellt dass auch im Worst Case die Cd Konzentration mit 30 600 ug m3 deutlich unter den AEGL 2 Werten 1400 ug m3 AEGL 2 10 min liegt und eine Gef hrdung der Umwelt damit praktisch ausgeschlossen werden kann 152 Beurteilungswert AEGL 2 10 min Beurteilungswert AEGL 2 30 min g E an ES E E Le ES P UN ZS E Di P E Ki DD E D E E Entfernung m 5 MW 50 m P Fl che 10 MW 50m PVFl che 60 MW 500 m PY Fl che x 100 MW 500 m PV Fl ce 50 MW 1000 m PV Fl che e 200 MW 1000 m Pv Fl che AEGL 2 30 min von Cd AEGL 10 min von Cd Bild 4 31 Cadmium Immissionskonzentration in Abh ngigkeit von der Entfernung zum Brandort bei einem max Cadmium Gehalt von 66 g m Worst Case Dieses positive Ergebnis ist f r die L sung der Fragestellung in dieser Arbeit leider nicht ausreichend Zur Beurteilung der Gef hrdung von Einsatzkr ften der Feuerwehren im Brandfall durch toxische Brandgase sind wesentlich geringere Abst nde zum Emissionsort von ca 8 50 m relevant Und genau hier kommt es in Abh ngigkeit von W rmeauftrieb Windst rke und Windrichtung zu wesentlich h heren Konzentrationen als in Entfer
212. erschiedlicher Hersteller en auf am Plagiate kombiniert genormte kompat Schraubkantakte unzureichend angezogen AC Stecker Stecker verschmart Unzul ssigenweise starre Leitung an nicht daf r geeigneten Stecker Unzu ssigenweise Hexible Leitung one geeignete Aderendh en Ki PN 280 Bst Zust nd verbesserter Zustand Re S Erandausl sungs pr TE EE en Abstellma nahmen weahrscheinlichkeit Bedeutung wahrscheinlichkeit T Brandaus sungs Auftritts wahrscheinlichkeit Entdeckungs wahrscheinlichkeit Bedeutung wahrscheinlichkeit ETRS 5chraub Klemmen DC Schulung der Installsteure Srehmoment schl ssel Kommentar Abnahmeprifung sue IA neue Messverfahren Lnzu ssigenweise exibe Leitung ohne Se e Deeg geeigmele Aderendh ken Abnahmeprafumg OM 0726 23 a i amp Abnahmepr fung kerbessert z B mit IR oder Messung K ontaktwiderstang 7 2 Regelm lige Wieder halungsprufunng AN 7 Schraubkontakte unzureichend 0126 23 angezogen Leitungen ungeeignet 294 R eingef hrt D Regeilm fige Wieder halungspr fung verbessert z6 mit iR Peworzueter Einsatz von Federzug klemmen wo m glich u BE z B einfachere gerade Einf hrung von konstruktive nderungen am Generatoranschluss kasten Leitungen DE Lchtbogen Detektor e R ele j e RS lanung verbessern Abnahmepndfung OM 0726 23 Unterdimensiomiert zu dicht ger
213. ersuchsdurchf hrung An jedem Modultyp wurden Versuche mit 25 kW und mit 150 kW Brennerleistung durchgef hrt um das Brandverhalten und die Schadstofffreisetzung der Module bei unterschiedlichen thermischen Beanspruchungsintensit ten zu analysieren Bild 4 36 Erg nzend erfolgte an jedem Modultyp ein weiterer Versuch mit 150 kW Brennerleistung wobei nach sechs bis sieben Minuten Versuchsdauer jeweils mit 20 L schwasser ber einen Zeitraum von 45 s abgel scht wurde Die Versuche erfolgten unter einer Abzughaube nach ISO 9705 bei einem Abluftvolumenstrom von ca 1 m s Folgende Gr en wurden gemessen e WW rmefreisetzungsrate e Raucherzeugungsrate e Temperaturen an der Modulvorder und r ckseite e Massenverlust der Module und Masse der Brandr ckst nde e zerst rte Modulfl che e Erzeugungsraten der Gaskomponenten Kohlendioxid CO Kohlenmonoxid CO Cyanwasserstoff HCN Chlorwasserstoff HCI Bromwasserstoff HBr Fluorwasserstoff HF Stickstoffmonoxid NO Stickstoffdioxid NO2 und Schwefeldioxid SO e in den Rauchgasen enthaltene Mengen an Arsen Blei Cadmium und Selen e in den Brandr ckst nden enthaltene Mengen an Arsen Blei Cadmium und Selen e im L schwasser enthaltene Mengen an Arsen Blei Cadmium und Selen Zus tzlich wurden zwei Referenzversuche mit nicht brennbaren Kalziumsilikatplatten anstelle der Module durchgef hrt um festzustellen welche Rauch CO3 und CO Erzeugungsrate der Gasbre
214. erung von Modulen und Komponenten Um eine nachhaltige Zuverl ssigkeit der Module und Komponenten mit Blick auf die Reduzierung des Risikos bzw Vermeidung von Lichtb gen zu gew hrleisten sind verschiedene Pr f und Kontrollmechanismen erarbeitet worden die sowohl f r den Komponenten als auch den Modulherstellungsprozess angewendet werden k nnen Einzelne Verfahren basieren auf normativen Grundlagen und sind angepasst bzw erg nzt worden Versch rfte Bedingungen im Vergleich zu derzeitigen normativen Anforderungen sind teilweise notwendig um im Feld beobachtete Schadensbilder nachzustellen 186 Langzeitbelastbarkeit von Zellverbindern Mit teilweise defekten PV Modulen Hot Spots an Zellverbindern Mikrorisse aus dem Feld wurden umfangreiche Versuchsreihen bei TUV Rheinland durchgef hrt Dabei wurden die PV Module unterschiedlich gealtert Es wurden die etablierten Temperatur und Feuchtigkeitszyklen als Pr fungen aus der IEC Qualifizierung Thermal Cycling und Damp Heat angewendet Anschlie end wurden die PV Module mechanisch und dynamisch unter Bestromung Forward Bias bei 1 2 2 Isc belastet Diese Belastung hat vor allem den Zellverbindern zugesetzt und zu starken lokalen Temperaturerh hungen gef hrt Insbesondere dort wo bereits erh hte bergangswiderst nde vorlagen wurden deutliche Temperaturdifferenzen im Vergleich zu den umliegenden Materialien und Verbindunggsleitern sichtbar Bild 5 2 zeigt ein Beispiel eines
215. erwehr B hl Der Gutachter fand in einem Katalog der Fa Santon ohne Angabe des Erscheinungsjahrs folgenden Hinweis Bet tigen Sie Schalter die selten bet tigt werden mindestens einmal j hrlich einige Male 10 x um die Kontakte zu reinigen 23 65 Daraufhin sah der Gutachter die Brandursache in der fehlenden Wartung der Schalter Eine Untersuchung der brigen Generatoranschlussk sten ergab weitere Schalter mit Hitzespuren Insgesamt waren ca 10 der K sten betroffen Der Wartungshinweis war brigens im Kleingedruckten auf der letzten Katalogseite angeordnet Mindestens zwei weitere Hersteller von derartigen Schaltern hatten allerdings auch Probleme mit Flachsteckverbindern an hnlichen Schaltern und nderten die Kontaktierungsart Vermutlich haben auch diese Flachstecker berhitzungen ausgel st Weiterhin waren die Schalter vom obigen Brandfall in Generatoranschlussk sten installiert die ungesch tzt auf dem Dach montiert waren Bild 3 23 Damit traten in den Verteilerk sten erh hte Temperaturen auf gesch tzt ber 60 C Dies beschleunigte die Kontaktdegradation Die entsprechende Produktnorm f r Schalter DIN IEC 60947 3 geht von einer h chsten Umgebungstemperatur von kurzzeitig 40 C aus 24 Die Schalter waren also vermutlich au erhalb ihres zul ssigen Temperaturbereiches betrieben worden Erh hte Umgebungstemperaturen Das vorige Beispiel hat gezeigt dass erh hte Umgebungstemperaturen die Sch
216. eshalb als sehr klein bewertet werden aufgrund der Hochspannung in den Anlagen ist jedoch mit einem gro en Schadensausma zu rechnen 114 4 2 3 Technische Hilfeleistung F r technische Hilfeleistungseins tze in Verbindung mit Photovoltaikanlagen k nnen verschiedene Szenarien zugrunde liegen e Geb ude und Anlagenbesch digungen durch Sturm e Hochwassereinwirkung e Unf lle Explosionen Verkehrsunf lle mit Beseitigung von Gegenst nden Fahrzeugen und Tr mmern Eine gesonderte Betrachtung einer Personenrettung erfolgt an dieser Stelle nicht da die m glichen Gef hrdungen den Ereignissen bei Brandeins tzen gleich zu setzen sind und in diesem Kapitel beschrieben werden 4 2 3 1 Geb udesch den oder Anlagenbesch digung mit noch funktionsf higen oder teilfunktionsf higen PV Systemen Ein Einsturz von Geb uden oder Geb udeteilen sowie anderweitige mechanische Sch den an Anlagen oder Teilen davon k nnen zu Spannungsverschleppungen oder freiliegenden spannungsf hrenden Teilen im Bereich der Einsatzstelle f hren Solche Sch den k nnen auch durch einen ungew hnlich starken Wind oder ber die allgemeinen Verkehrslasten hinausgehende Belastungen z B Schnee Eis hervorgerufen werden Gefahr Elektrischer Schlag Risikoma zanhl 9 Schutzziel Vermeidung einer direkten oder indirekten Ber hrung spannungsf hrender Teile Bewertung Durch freillegende spannungsf hrende Teile k nnen Einsatzkr fte durch die hohe
217. eten Stahlplatte An der Oberfl che der Schutzkleidung wurde mittels Metallkontakten eine Spannung angelegt Bild 4 19 Leitungswiderstand Generator Widerstand Schutzkleidung Gesamtk rper widerstand Widerstand Schuhe und Erd bergangs widerstand Bild 4 19 Versuchsaufbau mit Dummy und Schematisches Schaltbild In den Versuchen sind die Str me f r drei unterschiedliche Stromwege gemessen worden F r den Stromweg von Hand zu Hand und von Hand zu einem Fu erfolgte die Strommessung bei einem K rperwiderstand von 555 QO Der Strom f r den Stromweg von Hand zu beiden F en wurde bei einem K rperwiderstand von 430 Q gemessen Es sind zwei Kontaktstellen festgelegt worden Die erste Kontaktstelle befand sich direkt am Handschuh und die zweite am rmel der Schutzjacke Um die Schutzwirkung zu berpr fen wurden die Handschuhe und die Stiefel teilweise weggelassen An den Kontaktstellen ist eine Gleichspannung von 1000 V angelegt worden Wie im Ersatzschaltbild zu erkennen liegt hier eine Reihenschaltung der Widerst nde vor Die einzelnen Widerst nde summiieren sich zu einem Gesamtwiderstand und begrenzen den Strom Im trockenen Zustand werden sehr hohe Widerst nde erwartet wogegen im nassen Zustand die Widerst nde drastisch absinken und dementsprechend der Strom ansteigen sollte Den gr ten Wert in der Widerstandsreihe m ssten die Schutzstiefel aufweisen sodass das Weglassen der Stiefel zu einem sehr starken Anstieg
218. f r ein einzelnes Bauteil z B eine Modul Anschlussdose durchgef hrt werden oder wie in diesem Falle f r ein vollst ndiges System entsprechend unterschiedlich ist die Detailtiefe Da innerhalb eines PV Systems einzelne Funktionalit ten oder Technologien wie z B L tverbindungen an mehreren Stellen zum Einsatz kommen wurden diese soweit wie m glich zusammengefasst und bewertet Folgende Gruppen wurden betrachtet e Steckverbinder Modul DC Hauptleitung Wechselrichter AC Seite e Klemmen Feldverteiler Wechselrichter DC und AC Seite e L tverbindungen Zellen Strings Anschlussdose Wechselrichter e Dioden Bypass Dioden Strangdioden e Modul Zellen Glas R ckseitenfolie Anschlusstechnik e Sicherungen DC Seite AC Seite e Kabel DC Seite AC Seite e Schalter DC Seite e Wechselrichter e Planung und Installation Insgesamt wurden daraus vom Moderator 39 Fragestellungen formuliert woraus einschlie lich der ggf notwendigen Iterationen zur Reduzierung der RPZ ca 140 Bewertungen resultierten Tabelle 3 4 zeigt beispielhaft die Bewertung der drei Kriterien anhand eines verschmorten DC Steckers aufgrund einer nicht vollst ndigen Steckung Die Auftrittswahrscheinlichkeit wurde mit 4 als relativ gering angesehen Dagegen wird die Brandausl sewahrscheinlichkeit dass also der Stecker verschmort wird mit einer 7 als recht wahrscheinlich angesehen Die Brandausl sewahrschein
219. fachbetrieben z B durch T V Rheinland oder PV Sachverst ndigen z B durch den VDS der Sicherstellung einer hohen Installationsqualit t 1 4 2 3 Wartung Anweisungen f r die Wartung von Niederspannungsanlagen allgemein stehen in DIN VDE 0105 100 Betrieb von elektrischen Anlagen Teil 100 Allgemeine Festlegungen Eine Wiederholungspr fung der Anlage muss in angemessenen Zeitabst nden erfolgen sodass eine Verschlechterung der Sicherheitsbedingungen erkannt wird bevor es zu Sch den an Mensch und Material kommt hnlich der Inbetriebnahmepr fung sind verschiedene Ma nahmen zum Besichtigen Erproben und Messen vorgesehen die aber nicht zwingend anzuwenden sondern so einzusetzen sind dass eine Beeintr chtigung der Anlagensicherheit ausgeschlossen ist Die Wiederholungspr fung bei PV Anlagen ist in DIN EN 62446 geregelt welche die Inbetriebnahmepr fung als Ma stab f r den Umfang der Wiederholungspr fung nennt Dabei sind auch die Empfehlungen zur Wartung und Reinigung zu beachten die in der Systemdokumentation hinterlegt wurden Konkrete Zeitabst nde zwischen den Wiederholungspr fungen sind aber auch hier nicht vorgesehen Um diese L cke zu schlie en ist zurzeit eine Erweiterung der DIN VDE 0100 712 in Arbeit die m glicherweise Wartungsintervalle zwischen zwei und vier Jahren empfehlen wird 3 Einige wenige Garantiebedingungen insbesondere bei Wechselrichtern nennen ebenfalls Ma nahmen zur Wartung siehe Kapite
220. fall auf elektronischer Datenbasis um m gliche Fehler die sich erst im Feld zeigen mit den entsprechenden Bedingungen bei der Produktion der fehlerhaften Module in Verbindung setzen zu k nnen Diese R ckf hrbarkeit sollte sowohl die verwendeten Materialien und deren Lieferanten als auch s mtliche Prozessmaschinen und Prozessparameter und alle f r die entsprechende Modul Charge vorgenommenen Qualit tstests umfassen Um f r alle oben genannten Qualit tstests ein gleichbleibendes Niveau sicherzustellen und um subjektive Einfl sse bei der Testdurchf hrung zu minimieren ist es von fundamentaler Bedeutung regelm ige Mitarbeiter Trainingseinheiten und Schulungen durchzuf hren diese zu dokumentieren und erworbene Qualifikationsgrade z B in einer Kompetenzmatrix zusammenzufassen Arbeits anweisungen sollten stets aktuell gehalten sowie lokal bei den jeweiligen Prozessschritten zug nglich gemacht werden Weitere Qualifizierungsverfahren sind sinnvoll z B ein Inlinemessverfahren f r die berpr fung der L tqualit t zwischen den Zellen siehe Kapitel 5 2 3 oder auch erweiterte Anforderungskriterien f r die Qualifizierung von entz ndbaren Materialien von Modulen und Komponenten siehe Beispiel in Kapitel 3 3 184 Fazit Vertrauen ist gut Pr fung ist besser Es stehen viele M glichkeiten bei der internen Qualit tskontrolle zur Verf gung Nicht au er Acht bleiben darf hierbei ein verst rktes Augenma auf zugelieferte
221. fgrund des Preisverfalls bei Kristallinen Modulen Hier gibt es innerhalb der Gruppe Verschiebungen mit weiter zunehmender Dominanz von Cadmiumtellurid Modulen bei ebenfalls wachsendem Anteil von CIGS Modulen Andere Zelltechnologien wie Farbstoff oder Polymermodule spielen bislang keine markttragende Rolle Es sollen daher nachfolgend typische siliziumbasierte kristalline Dickschichtmodule sowie die anteilsm ig wichtigsten D nnschichtmodule mit Zellen aus Amorphem Silizium Cadmium Tellurid sowie Kupfer Indium Gallium Selen Halbleiter betrachtet werden Kristalline Standardmodule Die marktbeherrschenden kristallinen Standardmodule werden berwiegend als Glas Folie Modul mit Aluminiumrahmen gefertigt Daneben gibt es rahmenlose Module als Glas Glas Ausf hrung Ein Kristallines Standardmodul besteht somit im Wesentlichen aus einer oberen Glasscheibe den PV Zellen mit aufgebrachten metallischen Kontaktierungsfingern und Verbindern der Zelleinbettung einer R ckseitenfolie der Anschlussdose sowie einem Rahmen aus Aluminium Die Massenanteile werden von den Materialien Glas und Rahmen dominiert ca 85 90 Der verbleibende Anteil verteilt sich auf verschiedene Kunststoffe Silizium Zellen Silikone sowie Kupfer und in geringen Mengen weitere Metalle wie Silber Selen und Blei Aktuelle Si Standardmodule mit Leistungen von ca 230 330 Wp sind etwa 1 6 m gro 1650 x 990 x 40 mm mit einem Gewicht von ca 18 19 kg Die wic
222. ften f r Lichtbogendetektoren Dennoch kann der Einsatz empfehlenswert sein da kein 100 Schutz vor Lichtbogenereignissen m glich ist Denkbar w re eine Empfehlung f r Anlagen bei denen durch ein Brandgeschehen eine besondere Gef hrdung f r Leib und Leben oder auch besondere sch tzenswerte materielle Werte vorliegt z B in ffentlichen Geb uden wie Kinderg rten Schulen Altenheimen Krankenh usern oder auch Museen oder Archiven Dabei ist es allerdings unabdingbar dass der Lichtbogendetektor dauerhaft zuverl ssig arbeitet Dies stellt eine nicht zu untersch tzende Herausforderung dar Es muss sichergestellt sein dass der Lichtbogendetektor ber eine sehr lange Zeitspanne m glichst w hrend der gesamten Lebensdauer der PV Anlage voll funktionsf hig bleibt ohne dass er selbst Fehler in der Anlage verursacht Schutzma nahmen wie z B ein eingebauter Selbsttest k nnten hierbei helfen Ein Lichtbogendetektor ist zudem nur sinnvoll wenn davon ausgegangen werden kann dass er Lichtb gen zuverl ssig erkennt Aufgrund der Vielfalt unterschiedlicher PV Anlagen in denen er zum Einsatz kommen soll ist diese Aufgabe alles andere als trivial Lichtb gen in Modulen erzeugen andere Rauschmuster als solche in Reihenklemmen Unterschiedliche Kabell ngen d mpfen Lichtbogensignaturen verschieden stark St rungen aus dem Wechselrichter Schalttransienten oder eingekoppelte Funksignale k nnen das vom Lichtbogen ausgehende Rauschen mask
223. fzeugnissen erbracht Im Hinweispapier f r die Herstellung Planung und Ausf hrungen von Solaranlagen 7 2012 des Deutschen Institut f r Bautechnik DIBt hei t es so u a Solaranlagen m ssen aus mindestens normalentflammbaren Baustoffen bestehen 26 Abs 1 MBO Werden sie in oder an der Geb udeh lle angeordnet m ssen Oberfl chen von Au enw nden sowie Au enwandbekleidungen bei Geb uden der Geb udeklasse 4 und 5 schwerentflammbar sein 28 Abs 3 Satz 1 MBO Bauteile mit brennbaren Baustoffen d rfen ber Brandw nde nicht hinweg gef hrt werden 30 Abs 5 Satz 1 Halbsatz 2 Abs 7 S tze 1 2 MBO Dar ber hinaus sind in der MBO die Ausf hrung von Brandw nden und die Abst nde zwischen den so genannten normalentflammbaren Materialien und den Brandw nden definiert Dadurch soll eine Brandweiterleitung durch Flugfeuer oder durch W rmestrahlung verhindert werden So schreibt die MBO in 32 u a vor dass Dachgauben hnliche Dachaufbauten aus brennbaren Baustoffen mindestens 1 25 Meter von der Brandwand entfernt sein m ssen Das gilt sinngem auch f r PV Module und den anderen Komponenten der Anlage Mitunter wurden Brandabschnitte mit PV Modulen berbaut oder die Leitungen durchdrangen Brandabschnitte bzw wurden ungesch tzt ber Brandw nde gef hrt Leitungen die durch eine Brandwand hindurch oder dar ber hinweg verlegt werden sind laut den Brandschutzfachregeln entsprechend Musterleitungsanlagenri
224. g des Schadens Beispielsweise kann eine durch Sachverst ndige h ufig vorgefundene Wechselrichterinstallation auf oder ber brennbarem Untergrund Holzplatte im Fehlerfall verheerende Auswirkungen haben ebenso wie normalentflammbare Folienbahnen oder Holzbalken der Dachkonstruktion bei Verwendung von BIPV Modulen 252 Trotz qualit tssichernder Ma nahmen kann eine berhitzung oder ein Lichtbogen nicht zu 100 ausgeschlossen werden Lichtbogendetektoren k nnen prinzipiell eine zus tzliche Risikoreduzierung bewirken aber nur dann wenn sie eine hohe Detektionssicherheit bei geringer Fehlausl sungsneigung aufweisen Aufgrund der Lichtbogencharakteristika und vieler m glicher St reinfl sse ist dies sehr anspruchsvoll und dar ber hinaus wechselrichterspezifisch Hier gibt es noch Entwicklungsbedarf Im Projekt wurden durch intensive Forschungst tigkeit bereits L sungswege aufgezeigt die noch weiterf hrender Entwicklung bed rfen Ein weiterer offener Punkt ist die notwendige Robustheit um die Funktionst chtigkeit w hrend der aktuell f r 25 30 Jahre veranschlagten Betriebszeit der PV Anlagen zu garantieren Als grundlegender Faktor f r die Einsatzsicherheit der Feuerwehren wurde die Information Ober das Vorhandensein einer PV Anlage auf einem Geb ude deklariert die durch eine definierte Kennzeichnung mittels Warnschild im Eingangsbereich oder Hausanschlussbereich zu gew hrleisten ist Risiken f r die Feuerwehren ergeben
225. g geben Daher empfehlen wir eine bewusste Kennzeichnung der Produkte nach der Klassifizierung der europ ischen EN 13501 1 193 Da die PV Module blicherweise nicht den Gr enanforderungen der in der EN 13501 1 aufgef hrten Pr fmethode ISO 11925 2 entsprechen ist eine Untersuchung am gesamten Produkt nicht durchf hrbar Der Modulhersteller kann eine entsprechende Erkl rung auf das gesamte Produkt anwenden sofern es Pr fnachweise des Brandverhaltens sowohl am Laminatverbund als auch an anderen kritischen Polymerwerkstoffen gibt Die Anschlussdosen Steckverbinder und PV Kabel sind nach den Normen IEC 62790 bzw EN 50548 IEC 62852 bzw EN 50521 und prEN 50618 bzw T V Rheinland 2PfG 1169 mit einer Gl hdraht bzw Gasflammenpr fung auf deren Entz ndungsverhalten hin zu untersuchen Hierbei wird auch bewertet ob Materialien brennend oder gl hend abtropfen Bislang unber cksichtigt sind normative Anforderungen und damit komponentenorientierte Brandanforderungen f r Klebeverbindungen Sowohl bei internen als auch bei externen Laborpr fungen sind die Klebe und Haftverbindungen zwischen Laminat und Rahmen aber auch zur Anschlussdose hin zu untersuchen ob es hier Abweichungen zur Anforderung aus der europ ischen Klassifizierung gibt Bild 5 13 Materialqualifizierung zur Entflammbarkeit Diese Pr fungen dienen zu Materialqualifizierung sind aber aufgrund der Testbeschreibung nicht mit der Klassifizierung der EN 1350
226. gen 180 Die oben genannten allgemeinen Darstellungen werden in den n chsten Kapiteln konkretisiert Als ein Beispiel sei das berbauen von Brandw nden hervorgehoben Brandw nde verhindern bei Geb uden dass Br nde sich durch einen Brand bergriff vergr ern und bei brennbaren Materialien beispielsweise im Dachraum ein vergr ertes Brandweiterleitungspotential verhindern Daher ist es unzul ssig dass Solaranlagen Brandabschnitte und Brandw nde berbr cken da potentiell brennbare Materialien wie etwa polymere R ckseitenfolien oder Leitungen eine Brandweiterleitung beg nstigen k nnen Flugfeue j W ind an LJ W rmestrahlung AAAAA Durchbr 7 e 4 gt wi SM ys ro ar w LL Brandwand Brandabschnitt Bild 5 1 Darstellung der Aufgabe einer Brandwand Quelle BSW Auch Sonderbauten wie sie nach MBO 82 im Bereich von Hochbauten Hotels etc zu finden sind bed rfen weiterer Festlegungen PV Installationen im Fassadenbereich m ssen zumindest dem Anspruch der Schwerentflammbarkeit gen gen wohingegen im Dachbereich i R die Normalentflammbarkeit bei gleichzeitiger harter Bedachung Widerstandsf higkeit gegen Flugfeuer und strahlende W rme ausreichen Im Bereich des vorbeugenden Brandschutzes gibt es neben den Bauordnungen ferner Anforderungen aus den Sonderbauverordnungen Versammlungsst tten VO wie z B bei einem Stadion Beherbergungsst tten VO wie z B Hotels Verkaufsst tten
227. gen in Photovoltaik Modulen und Bewertung der Risiken Diplomarbeit T V Rheinland K ln 2007 6 G Burkhard Schaltger te der Elektrotechnik VEB Technik Verlag Berlin 1985 7 kopol Stoffbezogene Anforderungen an Photovoltaik Produkte und deren Entsorgung Institut f r kologie und Politik GmbH IE Institut f r Energetik und Umwelt GmbH 2004 8 kopol Studie zur Entwicklung eines R cknahme und Verwertungssystems f r photovoltaische Produkte Institut f r kologie und Politik GmbH 2007 9 Dr H Wirth Fraunhofer ISE Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland April 2012 10 VDS Kunststoffe eigenschaften Brandverhalten Brandgefahren VDS 2516 2000 12 2000 11 S Kr ger B Teichmann M despinasse B Klaffke BAM Systematische Untersuchung des Brandverhaltens und des Feuerwiderstandes von PV Modulen einschlie lich der Emissionen im Brandfall und Entwicklung eines Pr fverfahrens zum Einfluss von PV Modulen auf die harte Bedachung Fraunhofer IRB Verlag 2014 12 B Teichmann S Kr ger Systematische Untersuchung des Brandverhaltens und des Feuerwiderstands von Photovoltaik Modulen einschlie lich der Emissionen im Brandfall und Entwicklung eines Pr fverfahrens zum Einfluss von PV Modulen auf die harte Bedachung BAM Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung Abt Bauwerkssicherheit Berlin 2013 13 H Laukamp Schadens und Brandfallanalyse an
228. gen theoretisch vorhanden konn aber gelegenlch unter ont aber ols ousserste Ausnahme bestonmten Bedingunge Fehlermerkmal ist leicht zu erkennen z B sichtbar wird aber nicht systematisch erfasst selten zu beobachten Brandentstehung tr teher sporadisch ouf st m glich tritt aber selten auf Brandentstehung Bt m gich tritt gelegetiich auf wurde bereits Auftritt des Fehlers konnte bereits oft Fehler kann durch genau definierte oft beobachtet Zu einer Brandausi sung f hren Pr fungen festgestellt werden Versteckte Fehlfunktion Merkmal kann nicht gewn Aus den drei Einzelkriterien wird nachfolgend durch deren Multiplikation die sog Risiko Priorit tszahl RPZ berechnet die entsprechend zwischen 1 und 1000 liegen kann Die weitere Auswertung der RPZ kann unterschiedlich erfolgen eine M glichkeit besteht z B darin einen Grenzwert festzulegen oberhalb dessen das Risiko als kritisch angesehen wird und Gegenma nahmen z B konstruktive nderungen erforderlich sind Bei der hier durchgef hrten FMEA wurde eine RPZ von 150 als Grenzwert festgelegt werden also alle drei Kriterien mit 5 bewertet ergibt sich die unkritische RPZ von 125 Diese rein formale Vorgehensweise ist umstritten und sollte immer noch durch den gesunden Menschenverstand und den Ergebnissen der Team Diskussion erg nzt werden siehe Kapitel 4 5 2 102 3 6 2 Bewertung der Risikostellen in PV Anlagen Eine FMEA kann
229. genutzt werden kann Ein Lichtbogen an einem Zellverbinder kann dann auftreten wenn nur noch einer der Zellverbinder eine leitende Verbindung aufweist und wenn an dieser Stelle ebenfalls der metallische Kontakt verloren geht Letzteres ist dann zu erwarten wenn der Kontakt bereits schlecht ist und die entstehende W rme zu einem weiteren Abschmelzen des Kontaktmaterials f hrt Zus tzlich muss die zum betroffenen Zellstring zugeh rige Bypassdiode unterbrochen sein da die Spannung eines einzelnen Zellstrings f r die Z ndung eines Lichtbogens nicht ausreicht 27 28 Um diese Fehlerkette abzubilden wurden beim T V Rheinland Experimente mit pr parierten Modulen durchgef hrt Bei einem Modul wurden zwischen zwei einzelnen Zellen beide Zellverbinder getrennt und die Bypassdioden aus der Anschlussdose entfernt Anschlie end wurden Lichtb gen gez ndet die Temperaturen weit oberhalb der Schmelztemperatur 600 C von beispielsweise thermisch vorgespanntem Glas erzeugten Bild 3 42 Das Frontglas und die photoaktiven Siliziumschichten schmolzen und tropften brennend ab 29 81 Bild 3 42 Auswirkungen eines provozierten Lichtbogens durch Durchtrennen der Zellverbinder Fotos T V Rheinland Der Lichtbogen brennt solange weiter bis keine ausreichende Spannung mehr anliegt um ihn aufrecht zu erhalten Dies kann dadurch erreicht werden dass die Spannung abgeschaltet wird oder dadurch dass der Abstand zwischen den Lichtbogenkontakte
230. gnifikanter H he in PV Modulen erzeugt werden k nnen 43 Es werden daher Mindestabst nde f r aufzustellende Scheinwerfer empfohlen Die Messungen wurden mit Halogenscheinwerfern an einer installierten Versuchsanlage mit l ngsorientierten Str ngen Kristalliner PV Module durchgef hrt wobei man sich an blichen Anlagengr en und Verschaltungen von Dachanlagen bei Einfamilienh usern orientierte Eine gr ere PV Anlage wird aufgrund einer dann ebenfalls gr eren Inhomogenit t der Bestrahlung nicht zu h heren Str men f hren Eine kompaktere Bauweise Verschaltung dagegen kann theoretisch h here Str me erzeugen Auch andere praktische Untersuchungen z B durch Underwriters Laboratories 44 f hrten zum Ergebnis einer prinzipiell m glichen elektrischen Gef hrdung von Einsatzkr ften durch Kunstlicht Um eine allgemeing ltige Aussage betreffs eines Mindestsicherheitsabstandes zu erhalten wurden im Rahmen des Projektes zus tzliche Versuchsreihen durchgef hrt die 141 1 die bei den Einsatzkr ften gebr uchlichen Strahlerarten 2 die verschiedenen auf deutschen D chern verbauten Modultypen 3 den kritischsten Fall einer kompakten Bauweise String 4 den kritischsten Fall einer weitgehend senkrecht einfallenden Bestrahlung umfassen Durch Betrachtung der hierbei zu bestimmenden Worst Case Kombination soll eine allgemein g ltige Empfehlung mit einem enthaltenen Sicherheitszuschlag formuliert werden Bei der Schein
231. griffsdefinitionen sowie Hinweise zur Auswahl Auslegung und Montage von Betriebsmitteln und definiert die erforderliche Widerstandsf higkeit der Anlage gegen ber u eren Einfl ssen Die Norm DIN VDE 0100 712 Anforderungen an Betriebsst tten R ume und Anlagen besonderer Art Solar Photovoltaik PV Stromversorgungssysteme bezieht sich dabei speziell auf PV Anlagen Sie erkl rt den grunds tzlichen Aufbau der Anlage insbesondere deren Verschaltung mit notwendigen Schaltger ten und fordert Schutzma nahmen gegen Fehlerstr me berstr me und berspannungen Ber hren von spannungsf hrenden Bauteilen sowie gegen Umwelteinfl sse geht auf diese Themen aber nur oberfl chlich ein Genauer behandelt werden sie in den jeweils allgemein g ltigen Normen zu diesen Themen also DIN EN 62305 3 zum Blitz und berspannungsschutz DIN EN 61140 Schutz gegen elektrischen Schlag und DIN EN 61439 1 Niederspannungs Schaltger tekombinationen Dar ber hinaus existieren zu einigen Themen auch Normen f r Erzeugungsanlagen allgemein sowie speziell f r PV Systeme DIN EN 61173 berspannungsschutz f r jphotovoltaische PV Stromerzeugungssysteme erkl rt Ma nahmen zur Vermeidung von berspannungssch den insbesondere Potentialausgleich Erdung und Schirmung Das Beiblatt 5 zur DIN EN 62305 3 enth lt hnliche Informationen zum Blitzschutz Die notwendige Schalttechnik und die Netzschnittstelle einer PV Anlage werden in DIN VDE 0
232. gstrom berwachung 240 5 6 Einrichtungen zum Abschalten von Solarmodulen und Generatoren 5 6 1 Aufgabenstellung Solarzellen erzeugen eine elektrische Spannung so lange sie beleuchtet werden Bei sehr geringer Einstrahlung ist diese Spannung gering sie steigt aber mit zunehmender Einstrahlung schnell auf die volle Spannung an Der abgegebene Strom einer Solarzelle ist proportional zur Einstrahlung Solargeneratoren sind vergleichbar mit Batterien ohne zus tzliche Ma nahmen nicht abschaltbar Diese von gewohnten Spannungsquellen abweichende Eigenschaft erfordert einen besonderen Umgang sowohl w hrend der Installation und Wartung der PV Anlagen als auch bei evtl erforderlichen Rettungseins tzen an Geb uden mit PV Anlagen oder auch bei Freifl chenanlagen Durch den rapiden Zuwachs von PV Anlagen kam es etwa 2008 zu einer verst rkten Diskussion ob die Nichtabschaltbarkeit eine nicht beherrschbare Gef hrdung der Rettungskr fte mit sich bringt und ob Feuerwehren Geb ude mit PV Anlagen gezielt abbrennen lassen sollten Letztlich f hrte diese Diskussion im Jahre 2010 zu einem Beschluss der Innenministerkonferenz der L nder dass ausnahmslos alle PV Module abschaltbar sein m ssen Die Normungsgremien der DKE wurden aufgefordert entsprechende Produkt und Errichtungsnormen zu erstellen Es wurde eine Arbeitsgruppe einberufen welche die VDE Anwendungsregel VDE AR E 2100 712 erarbeitet in der grundlegende Ma nahmen f r den DC Bere
233. gt Im Wasser befand sich die spannungsf hrende Leitung an der Schulter des Dummies das Erdpotenzial Bild 4 21 Holz Dummy im Versuchsbecken und schematischer Versuchsaufbau 138 Versuchsdurchf hrung In das Becken mit 60 cm Wasserstand bei einer Leitf higkeit von 630 Q S cm bei 20 C wurde eine spannungsf hrende Leitung getaucht Die Spannung wurde zwischen 500 V und 900 V DC einge stellt Der Holz Dummy wurde in das Wasserbecken gestellt und der K rperstrom bei jeweils drei unterschiedlichen Abst nden von 0 5 m 1 m und 2 m zur spannungsf hrenden Leitung gemessen Aufgrund der hohen Leitf higkeit des Wassers wird in diesem Versuch ein relativ hoher Stromfluss erwartet Beim Vergr ern des Abstands zur spannungsf hrenden Leitung sollte sich der Strom verringern Tabelle 4 12 Versuchsergebnisse zu Versuch 3 Wassereigenschaften Leitf higkeit 630 uS cm ege L ap og Temperann 120 Wasserh he 60 cm Abstand zur Elektrode 0 5 m L Gen soll l Gen ist K rper Strom AM V A SIM SCHT 1 02 4 SSE SCH ST 1 64 SA RS 87 TA L L Abstand zur Elektrodi im s00 s00 33 200 201 04 d RSO 251 54 22 Abstand zur Elektrode i Jm 0 T 499 98 T S 801 12 i Kit RS 4 pi HJU w Die Versuchsergebnisse zeigen dass alle gemessenen K rperstr me im Ampere Bereich und damit im lebensgef hrlichen Bereich liegen Zwischen Strom u
234. gt nachfolgende Tabelle Tabelle 1 2 Wichtige Normen und Normenreihen mit Bezug zur Konfiguration von PV Systemen Systemkonfiguration Bezeichnung DIN EN 61277 Allgemeine Informationen zu PV Systemen Ierrestrische photovoltaische PV Stromerzeugungssysteme Allgemeines und Leitfaden DIN IEC 60364 Aufbau Verschaltung und Komponenten von DIN VDE 0100 Niederspannungsanlagen Schutzma nahmen errichten von Niederspannungsanlagen DIN VDE 0100 712 PV Spezifischer Teil der DIN VDE 0100 Enth lt Aufbau von PV Anlagen und notwendige Anforderungen an Betriebsst tten R ume und Schutzma nahmen Anlagen besonderer Art Solar Photovoltaik PV Stromversorgungssysteme DIN EN 61140 Beinhaltet Ma nahmen zur Vermeidung der Schutz gegen elektrischen Schlag Verletzung durch elektrischen Schlag DIN EN 61439 Regelt die Kombination von Schaltger ten in Niederspannungs Schaltger tekombinationen EINST ANIEHEWEIHREN DIN VDE 0126 1 1 Gibt Anforderungen und Abschaltparameter f r einen automatischen Schalter an der Selbstt tige Schaltstelle zwischen einer Netzschnittstelle vor netzparallelen Erzeugungsanlage und dem ffentlichen Niederspannungsnetz DIN EN 61727 Definiert Anforderungen an die Netzschnittstelle einer PV Anlage und legt Grenzwerte f r Photovoltaische PV Systeme Eigenschaften GER Vora PV Sy g Netzr ckwirkungen fest der Netzschnittstelle DIN EN 62305 3 Bbl 5
235. h im realen Einsatz kann sich ein leitf higer Bodenbelag mit Bypass Potential ausbilden diesen Fall haben die durchgef hrten Versuche unfreiwillig mit abgedeckt Wir bewegen uns schlussfolgernd bei den Ergebnissen auf der sicheren Seite Zu sp teren Zeitpunkten 2012 2014 durchgef hrte Versuchsreihen anderer Institutionen ergaben deutlich kleinere Ableitstr me im Bereich ca 1 mA oder kleiner Kooperationsprojekt OVAG und vfdb Durch eine andere Elektrodenart Metallgitter und gr eren Bodenabstand der Elektrode lief deutlich weniger L schwasser direkt zum Boden hier Rasenfl che Durch diese Versuchsanordnung konnten sich offenbar deutlich geringere Fehlerstr me ausbilden Vor und nach jedem Versuch wurden diese separat gemessen die sich allerdings berwiegend kleiner als die untere Messwertschwelle im uA Bereich erwiesen Einschr nkend wird hier angemerkt dass nur unmittelbar w hrend des Versuchs selbst sich die m glicherweise elektrisch leitenden Wasserfahnen ausbilden 132 In linken Bild erfolgt die Messung bei Spr hstrahleinstellung 45 mit Wasser es bilden sich keine Wasserfahnen aus Anders sieht es bei Schaumeinsatz z B mit Spr hstrahleinstellung 120 aus wie im rechten Bild gezeigt Hier bildet sich ein leitf higer Belag am Boden An der Elektrode vorbeispr hender und ebenso an der Elektrode ablaufender Schaum bilden m gliche Bypass Verbindungen zum Spr hstrahl aus Bild 4 17 Messung von
236. he Bild 3 52 Bei der Auswahl und Dimensionierung der Sicherungen und Sicherungshalter m ssen unbedingt die folgenden Reduktionsfaktoren f r den Sicherungsnennstrom In Bemessungsstrom beachtet werden f r die erh hten Einsatztemperaturen z B f r 60 C z B 0 84 f r die H ufung also die zu dichte Anordnung von mehreren Sicherungshaltern Reduktionsfaktor f r Kunststoffumh llung des Sicherungseinsatzes Wechsellastfaktor ber cksichtigt die Alterung blich 0 9 u E ia e e gt zZ E lt Bild 3 52 PV Sicherung nach Norm Quelle SIBA 94 3 5 6 Wechselrichter Der Wechselrichter stellt die komplexeste Einzelkomponente eines Photovoltaiksystems dar Alle in den vorherigen Kapiteln aufgef hrten Komponenten wie Stecker Klemmverbindungen Schalter und Leitungen kommen innerhalb eines Wechselrichters vor erg nzt durch passive elektronische und leistungselektronische Komponenten Je nach Ausstattungsmerkmalen eines Wechselrichters sind bis zu mehrere hundert Einzelteile zusammengef gt Aus der Vergangenheit sind einzelne Serienfehler bekannt die auf einer unzureichenden Dimensionierung von Komponenten oder auch Leiterbahnen beruhten teilweise auch auf Fertigungsm ngeln bei den Leiterplatten selber Durchkontaktierungen oder auch in der Qualit t der L tstellen kalte L tstellen Dies sind jedoch keine solarspezifischen M ngel sondern k nnen in jedem elektronischen Ger t auftreten En
237. hen Messergebnissen subtrahier so dass sich die im Abschnitt 4 aufgef hrten Versuchsergebnisse ausschlie lich auf die Emissionen der PV Module beziehen Rauchgasanalyse Zur Bestimmung von Arsen Blei Cadmium und Selen wurde ein Teilstrom des Abluftstroms durch ein Filtersystem und anschlie end durch ein Sorbens geleitet Die Analyse erfolgte durch ICP MS Die im Abschnitt 4 aufgef hrten Messergebnisse entsprechen der Summe der partikelgebundenen und der fiiterg ngigen Anteile Die Analyse der Gaskomponenten mit Ausnahme von Formaldehyd erfolgte zeitkontinuierlich mit einem an das Abluftrohr des Abzugsystems angeschlossenen FTIR Spektrometer Im Abschnitt 4 sind die ber die Versuchsdauer gemittelten Konzentrationswerte angegeben Zur Bestimmung von Formaldehyd wurde eine Absorptionskartusche verwendet die Analyse erfolgte durch HPLC 291 Brandr ckstandsanalyse Die Brandr ckst nde bestanden aus besch digten abgefallenen Modulteilen die sich im Versuchsverlauf auf der Tr gerplatte des Pr fgestells und in der darunter angeordneten Auffangwanne sammelten Die Brandr ckst nde wurden zun chst zusammengekehrt und durchmischt Hieraus wurden zwei Proben entnommen und mit einer Schneidm hle zerkleinert Die Bestimmung des Arsen Blei Cadmium und Selengehalts erfolgte mit ICP MS L schwasseranalyse Nach Durchmischung des in der Auffangwanne gesammelten L schwassers wurden zwei Proben entnommen und mittels ICP MS hinsic
238. henklemmen verwendet werden die auf Hutschienen befestigt werden Die Plus und Minusseite muss konsequent getrennt und erd sowie kurzschlusssicher aufgebaut werden Strangdioden zur Entkopplung der einzelnen Str nge wurden urspr nglich bei stark verschatteten Anlagen mit zentralem Wechselrichter eingesetzt Ihre Sinnhaftigkeit ist allerdings sehr fragw rdig 93 Werden dennoch Strangdioden eingesetzt so m ssen sie nach VDE 0100 712 eine Spannungsfestigkeit entsprechend der doppelten Generatorleerlaufspannung bei STC aufweisen Die Strangsicherungen sch tzen die Leitungen im Fehlerfall vor berlastungen Sie m ssen f r den Gleichstrombetrieb ausgelegt sein Als Strangsicherungen kamen mitunter ungeeignete Gleichstromsicherungen zum Einsatz Da der Strom wegen Wolkenzug stark schwanken kann kann in einer normalen Gleichstromsicherung ein Lichtbogen entstehen der aber nicht ausreicht um das Isoliergranulat zu schmelzen Die Folge ist ein Nichtausl sen der Sicherung und eine langsame Erw rmung die zu einem Brand im Sicherungskasten f hren kann Einige Hersteller haben inzwischen geeignete PV Sicherungen entwickelt Bisher gibt es nur einen Normentwurf IEC 60269 6 FDIS 09 2010 der die spezifischen Einsatzbedingungen von Sicherungen bei PV Anlagen ber cksichtigt Einige Hersteller bieten geeignete PV Sicherungen mit DC Ausschaltverm gen und Ganzbereichscharakteristik nach diesem Normentwurf mit der Kennzeichnung gR bzw gPV an sie
239. here_Steckverbindungen pdf K ln 2013 22 IFS IFS Kiel Kurzschluss an einer Photovoltaikanlage IFS SCHADENBEISPIEL http www schadenprisma de pdf sp_2010_2_6 pdf Schadenprisma Heft 2 2010 23 Santon Katalog Schalter http www santonswitchgear com P Type Switch Disconnect 10IS1UKB pdf Download 2012 24 Siemens Grundlagen der Niederspannungs Schalttechnik Kap 21J 2008 25 VdS Elektrische Anlagen in feuergef hrdeten Betriebsst tten und diesen gleichzustellende Risiken 2013 26 T Kuchlmayr Vermeidung von Praxisfehlern bei der Montage und Installation von Photovoltaik Anlagen Praxisbericht eines Sachverst ndigen Photovoltaik Expertenseminar Internationales Congresscenter Stuttgart 25 02 2010 Stuttgart 2010 27 Dr H Schmidt Fraunhofer ISE Fehleranalyseverfahren f r Bypassdioden 3 Workshop www pv brandsicherheit de Freiburg 2013 28 Dr Nicolas Bogdanski T v Rheinland Neuartige Methoden zur Qualit tssicherung und Fehlersuche 3 Workshop Brandschutz K ln 2014 29 J Zornikau W Vaa en und F Reil Occurence of Electric Arcs in Crystalline Silicon PV Modules EU PVSEC Hamburg 2009 30 Conergy Group Keine Brandgefahr Conergy PowerPlus Module bieten h chste Sicherheit in der Photovoltaik Pressemitteilung 2009 31 FPE Fischer Fischer stellt neue Aluminium Anschlussdose vor 13 05 2011 Online Available http www mm e
240. hermal runaway mit einer chemischen Kettenreaktion bei zunehmender Hitzeentwicklung nicht auszuschlie en Dies kann einen Eigenbrand des Akkus ggf auch explosionsartig zur Folge haben Bei einer Zerst rung des Akkus ist mit dem Austritt gifitger und tzender Chemikalien zu rechnen HF Die speziellen Gef hrdungen durch Akkumulatoren werden in einem gesonderten Forschungsprojekt untersucht Eine Risikobewertung kann an dieser Stelle nicht erfolgen Eine weitere Gef hrdung stellen durch die Hitzeeinwirkung platzende Glasscheiben dar Glassplitter und Wafersplitter k nnen in alle Richtungen geschossen werden Gefahr Explosion Risikoma zahl 4 117 Schutzziel Vermeidung einer Knallgasbildung oder der Entstehung eines z ndf higen Gemisches sowie Vermeidung von Z ndquellen Bemerkung Damit eine explosive Atmosph re mit Wasserstoff entstehen kann m ssen sehr viele Faktoren zusammentreffen Die Eintrittswahrscheinlichkeit ist als gering anzusehen Das Verletzungsausma bei einer Wasserstoffexplosion ist f r die Einsatzkr fte jedoch mit dem maximalen Wert anzugeben 4 4 Atemgifte 4 4 1 Brand von Solarmodulen Photovoltaikanlagen sind aufgrund ihres Polymerbestandteils brennbar s Kapitel 3 1 Die m glichen toxischen Emissionen beim Brand von PV Anlagen sind in Kapitel 4 6 ausf hrlich beschrieben Es muss beim Brand mit Beteiligung einer PV Anlage grunds tzlich mit dem Freisetzen von Atemgiften auch in grenzwert
241. hichtmodulen noch gr er als bei den Kristallinen Die typische Zusammensetzung von Modulen mit CdTe Zellen und CIS CIGS Zellen als mengenm ig am weitesten verbreitete D nnschichttechnologie sind nachstehend in Tabelle 4 19 und Tabelle 4 20 widergegeben Tabelle 4 19 Beispiel f r Zusammensetzung eines CTe Moduls 120 c 60 cm Quelle 8 Hr i qo ams GR Siet 0 I7 18 0 17 Dee Br ies TO T ba oo S SR CRT DER 115000 15000 1701 19927 17730 Be T E D EZ E T W 5 KEES Die nach Literaturangaben durchschnittlichen anteiligen Mengen der f r D nnschichtmodule relevanten metallischen Materialien wurden auf eine Anlagengr e mit einer angenommenen Modulfl che von 50 m hochgerechnet Die ungef hren Mengenbestandteile kann man Tabelle 4 21 entnehmen 160 Tabelle 4 21 Metalle Materialien und Massenanteile von D nnschichtmodulen CIS CIGS und CdTe ZT ST De ee Va EEE ai Z ss oe AS eo e y fe D Sr e In Dm s e ss m 1 e as 8 en o es Gamma oo s ca 5 Vatter N E Bei einer PV Anlage mit ca 50 m CdTe Modulfl che ca 70 Module je 1200 x 600 mm mit insgesamt ca 5 6 kWp muss entsprechend der Quellenangaben mit ca 450 9 Cadmium gerechnet werden Unterkonstruktionen von Dachanlagen bestehen gr tenteils aus Aluminium und Edelstahl Ausnahmen gibt es allerdings in Form von Kunststoffwannen PE z B f r Flachd cher z B ConSole von Renusol Die Wannen sind
242. hrend die VNB der gro en Energieversorger z B E On edis Wesitnetz ihre eigenen TAB herausbringen verwenden die kleineren Verteilnetzbetreiber die vom Bundesverband der Energie und Wasserwirtschaft erstellten Richtlinien welche allerdings keine Vorschriften zu Erzeugungsanlagen beinhalten sondern auf die VDE Anwendunggsrichtlinie Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz VDE AR N 4105 2011 08 bzw die Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz verweisen Neben den technischen Anschlussparametern regeln die TAB auch organisatorische Abl ufe der Anmeldung Inbetrieonahme und Wartung des Anschlusses 1 3 4 1 Netzanschluss Die Anlage wird ber den Netzanschluss oder Verkn pfungspunkt mit dem Verteilnetz verbunden Bei Anlagen gt 30kW ist das im Regelfall der bisherige Anschlusspunkt des Grundst ckes Als Schalt und Trennstelle ist dabei eine Z hleranschlusss ule nach VDE AR N 4102 einzurichten zu der die TAB sofern nicht eine selbstt tige Freischaltstelle installiert wurde uneingeschr nkten Zugang f r den VNB fordern Der Anschluss darf ebenso wie der Rest der Anlage ausschlie lich von geeigneten Fachbetrieben errichtet werden Weiterhin wird die Verteilung der Einspeiseleistung auf die Phasen des Netzanschlusses geregelt Die Asymmetrie zwischen den Au enleitern darf bei Einspeisung ins Niederspannungsnetz maximal 4 6 kVA betragen ab 5 kWp ist eine Anlage also grunds tzlich dreiphasig anzuschlie en Bis
243. htbogen zwischen Kupferelektroden Foto T V Rheinland Damit ein stabiler frei brennender Lichtbogen entsteht muss dem Lichtbogen eine ausreichende Spannung zur Verf gung stehen Diese Lichtbogenspannung setzt sich aus dem Kathodenfall dem Anodenfall und dem linear von der L nge des Lichtbogens abh ngigen S ulenfall zusammen Die 39 Mindestspannung f r einen extrem kurzen Lichtbogen setzt sich also aus Anodenfall und Kathodenfall zusammen bei einer geringeren Spannung ist kein Lichtbogen m glich Sowohl Mindestspannung als auch Mindeststrom f r die Entstehung eines Lichtbogens sind materialabh ngig Bei Kupfer betragen sie laut Literatur 13 V bzw 0 4 A 4 Durchgef hrte Messreihen bei TUN Rheinland konnten diese Gr enordnung best tigen 5 Lichtbogenz ndung Liehtbogenz ndung keine Lichtbogenz ndung H 5 F 5 4 A o A pn Bild 2 2 Lichtbogen Z ndgrenze ermittelt auf der Basis von Kupferelektroden Quelle T V Rheinland Ein Lichtbogen sendet sowohl im sichtbaren als auch im UV Bereich sehr helles Licht aus das augensch digend wirken kann Der Lichtbogen selbst zeichnet sich durch extrem hohe Temperaturen bis ber 10 000 K aus 6 weswegen es leicht zu einer Brandausl sung an umliegenden Bauteilen kommen kann Ein leistungsstarker Spannungs berschlag erzeugt durch die mit berschall aus dem Entladungskanal entweichende Luft ein sehr lautes Ger usch das mit dem D
244. hten Sitz zu Undichtigkeit f hren Verschiebungen der Zellen sowie fehlerhaft gedruckte oder geklebte Typschilder Etwa 13 der Besch digungen entfallen auf andere weniger h ufige Fehler unter anderem fehlerhafte Zelldrucke optische Beeintr chtigungen und Delaminationen siehe auch Tabelle 3 2 71 Tabelle 3 2 Anteil der h ufigsten Schadensbilder an der Gesamtzahl der Sch den Fehlerbezeichnung Relative H ufigkeit in Mangel auf EL Aufnahme 41 Scharfkantige Ecken Grate 19 Anschlussdose undicht 17 Zellmatrix verschoben 7 2 Label fehlerhaft 3 0 Fehlerhafter Zelldruck 1 7 Farbabweichung 1 5 Seitlich verschobene Zellverbinder 1 1 Fremdk rper im Modul 1 1 Glasfehler 0 8 Dellen in R ckseitenfolie 0 8 Abweichung vom rechten Winkel 0 8 Delamination 0 8 Verformungen Dellen 0 6 Silikonr ckst nde 0 6 3 4 2 Sch den bei Reklamationen Trotz umfangreicher Qualit tskontrollen kommt es immer wieder vor dass Module fehlerhaft an den Kunden ausgeliefert oder w hrend des Transports dorthin besch digt werden Diese M ngel werden dann als Reklamationen erfasst wobei sich aus verschiedenen Gr nden eine v llig andere Verteilung der Schadensbilder ergibt Zum einen konnten vor der Auslieferung bereits bestimmte M ngel in der Wareneingangspr fung erkannt und dem Hersteller reklamiert werden Au erdem werden bestimmte Beeintr chtigungen erst nach l ngerer Betriebszeit offensichtlich und k nne
245. htigen und geeignete Schutzma nahmen zu ergreifen um Mannschaft und Ger t bzw Personen Tiere und Umwelt vor den elektrischen Gefahren zu sch tzen Nicht nur bei Sonneneinstrahlung auf die PV Module kommt es zur Erzeugung einer elektrischen Spannung Auch beim Einsatz von k nstlichen Leuchtmitteln wie sie zur Ausleuchtung von Einsatzstellen benutzt werden k nnen im Einzelfall gef hrliche Spannungen auftreten In wissenschaftlichen Untersuchungen hat sich herausgestellt dass insbesondere bei Verwendung von Halogenscheinwerfern unter ung nstigen Bedingungen eine signifikante Energieerzeugung erfolgen kann Dieser Gefahr kann durch einen ausreichenden Abstand der Leuchtmittel zu den Modulen begegnet werden siehe Abstandsformel gem Untersuchung im Rahmen des Forschungsprojektes Kapitel 4 5 2 Deshalb wird in den einzelnen Ereignissen nicht zwischen nat rlicher und k nstlicher Beleuchtung unterschieden 4 2 1 Allgemeine Szenarien Im Rahmen der allgemeinen Szenarien werden s mtliche Ereignisse ber cksichtigt die nicht spezifisch der Brandbek mpfung oder der technischen Hilfeleistung zugeordnet werden k nnen Die Ber hrungssicherheit von PV Anlagen hat insbesondere auf dem Dach eine hohe Bedeutung Sch digungen durch elektrischen Schlag sind gerade auf D chern sehr gef hrlich da sie neben den Verletzungen durch den elektrischen Strom auch zu schweren Sekund rsch den Sturz vom Dach f hren k nnen E S A y MT
246. htigsten Materialien und ihre Massenanteile bei einem kristallinen Standardmodul wurden basierend auf Studien des Instituts f r kologie und Politik in Hamburg kopol aus den Jahren 2004 und 2007 7 8 sowie einer lteren Detailanalyse von T V Rheinland 57 und weiteren Quellen Angaben zusammengetragen Auffallend ist dass keine aktuellen Analysen aus den letzten beiden Jahren gefunden wurden und Arbeiten bis 2011 als Datenquelle die og Okopol Studien angeben die damit auch hier als Grundlage gesetzt sind Tabelle 4 17 Beispiel f r die Zusammensetzung eines Standard Si Moduls 215 Wp Quelle 8 Komponente ur aide nach Mengen 2007 Anschlussdose o gt 103 6 kg kWp E 102 3 158 Amorphe Silizium Module zeigen gegen ber den kristallinen Dickschichtmodulen keine wesentlichen Abweichungen in der stofflichen Zusammensetzung betreffend Schadstoffe und werden nachfolgend nicht separat betrachtet In Tabelle 4 18 sind die recherchierten typischerweise eingesetzten Stoffe f r die Bestandteile eines kristallinen PV Modules aufgef hrt In den Literaturstellen wurde das Anschlusskabel inklusive Stecker nicht einbezogen Typischerweise sind diese mit ca 3 5 Massenateil und ca 400 g Polymere bei neueren Solarkabeln sind dies meist vernetzte Polyoefine nebst Kupfer Zinn Alu f r die Leitermaterialien zu ber cksichtigen Die in Tabelle 4 18 angebebenen Prozentanteile und daraus abgeleitete Massenangaben je m Modulfl che sin
247. htigt werden sowie die Eignung der Anlage f r einen Langzeitbetrieb 20 Jahre und mehr Neben den Hauptbewertungskriterien k nnen weitere Punkte durchaus eine wichtige Rolle spielen unter anderem e Wartungsfreundlichkeit e Einfluss auf Mensch und Umgebung e Erf llung zugesicherter Eigenschaften Fazit Eine umfangreiche und detaillierte Anlagen Abnahme reduziert deutlich das Ausfall und Sicherheitsrisiko da M ngel und Qualit tsdefizite erkannt und abgestellt werden k nnen 239 5 5 2 Wartung und Inspektion Im Gegensatz zu teilweise durch Komponentenhersteller und Anlagenerrichter in der Vergangenheit get tigten u erungen sind PV Anlagen keinesfalls wartungsfrei Sie unterliegen aufgrund von u eren Einfl ssen insbesondere den klimatischen Einfl ssen Wind Regen Hagel Schneedruck UV Strahlung schnelle Temperaturwechsel etc einer hohen Beanspruchung Des Weiteren treten auch bei PV Anlagen typische Alterungsmechanismen auf Wie bei allen Komponenten und Anlagen k nnen Funktionsst rungen oder vorzeitiges Versagen eintreten Au erdem k nnen au ergew hnliche Ereignisse oder Einfl sse z B Marderbiss aggressive Stoffe extreme Temperaturen Blitzschlag etc zu Besch digungen oder beschleunigter Alterung f hren Diese Besch digungen oder Materialver nderungen k nnen neben den Ertragseinbu en z B auch lokale berhitzungen bewirken die schlimmstenfalls zur thermischen Zerst rung von Komponenten
248. htlich des Arsen Blei Cadmium und Selengehalts analysiert Die Analyse von Arsen Blei Cadmium und Selen erfolgte durch das Fachgebiet Elementanalytik die Rauchgasprobenahme und Formaldehyd Analyse durch das Fachgebiet Luftanalytik und die Brandr ckstandszerkleinerung durch das Fachgebiet Umweltanalytik von CURRENTA H a Abbildung 3 Brandversuch mit einer Brennerleistung von 25 kW oben und 150 kW unten 292 CURRENTA S 4 Versuchsergebnisse Insgesamt wurden neun Versuche durchgef hrt die wie folgt bezeichnet werden 25 kW Brennerleistung 150 kW Brennerleistung Joie uereg L schwasserversuch B Modultyp c Si Modultyp OIS Modultyp CdTe Tabelle 2 Versuchsbezeichnung In den Versuchen mit 25 kW Brennerleistung traten an allen drei Modultypen nur lokal begrenzte prim r oberfl chige Besch digungen auf Bei 150 kW Brennerleistung wurden die Module gro fl chig zerst rt Die Versuchsdokumentation befindet sich im Anhang des Berichts Die Ergebnisse der chemischen Analyse sind im Folgenden angegeben als Masse des betreffenden Analyten bezogen auf ein Normkubikmeter Rauchgase ein Kilogramm Brandr ckst nde bzw ein Liter L schwasser Au erdem aufgef hrt sind die insgesamt freigesetzten Stoffmengen die sich jeweils aus der Multiplikation der gemessenen Stoffkonzentration mit dem Gesamtvolumen der Rauchgase der Gesamtmasse der Brandr ckst nde bzw dem Gesamtvolumen des eingesetzten L schwassers ergeben
249. ial aufgrund des Zeit und Kostendrucks w hrend der Installation als nicht ausreichend angesehen Zielf hrend k nnten Verbesserungen am Stecker selber sein Rastnasen Haptik auff lliger Farbring bei falscher Steckung etc weiterhin regelm ige Wiederholungspr fungen mit erweiterten Methoden Infrarot Kamera oder auch ein Lichtbogen Detektor wenn dieser auch solche Probleme Verschmorung aber kein Lichtbogen fr hzeitig und zuverl ssig detektieren kann Erfreulicherweise konnten gem Bild 3 59 f r alle Gruppen Funktionen mit einer RPZ gr er als 150 praktikable Vorschl ge gefunden werden mit denen die RPZ unter den kritischen Grenzwert gebracht werden konnte Die vollst ndigen Ergebnisse der FMEA k nnen im Anhang eingesehen werden IX Anlagen m S z Es c E e E gt S CH an E z 5 cr z gt be W E 5 5 a amp E gt Ra gt CS Se Se Ka c DN o lt E U x e a En 5 m E t g u 5 ch Fr gt c 5 5 de E sl E Sf pr ke C O lt u gt D U Si E H E D c en c rn Ki 2 O n x E 3 O E be Z i m O ef EN Wi du LA E m pa et Q 8 a z bei D ni S 3 EI v D A v E o 2 ne a 2 Ki 4 g ES ec S E Se Ki ei E 3 4 Ry Ki Ki EH E 3 8 x z gu D D he u SS C EN I Ki S be en E E S To H u E u E E x k Wi gu u n E VC E N U DG D lt v D EN E En u D ZS 1 EC S D F Y D Cu F u
250. ich einer Photovoltaikanlage zum Einhalten der elektrischen Sicherheit im Falle einer Brandbek mpfung oder einer technischen Hilfeleistung beschrieben werden 75 76 Da es im Bereich der Modul und Generatorabschaltung derzeit noch keinen etablierten Stand der Technik gibt welcher Grundlage f r eine Produktnorm sein k nnte beschreibt diese Anwendungsregel lediglich technische wie organisatorische Mindestanforderungen zur Erzielung eines sicheren Anlagenzustandes Eine Abschaltung wird darin nicht generell gefordert sondern stellt eine optionale L sung dar wenn bauliche Ma nahmen z B sichere Verlegung von Leitungen Anbringung der Leitungen und des Wechselrichters im Au enbereich durchgef hrt aber als nicht ausreichend angesehen werden siehe hierzu auch Kapitel 6 3 3 Elektro Installationsanforderungen Die oben erw hnte kontroverse Diskussion des Gef hrdungspotenzials f r Rettungskr fte hat weiterhin die Erstellung umfangreichen Informationsmaterials f r Feuerwehren und Rettungskr fte ebenso wie Weiterbildungsma nahmen initiiert Die damit einhergehende Versachlichung hat innerhalb der Feuerwehren zu einem Abr cken von der generellen Forderung nach einer Abschaltung gef hrt mit der Begr ndung dass prinzipiell jede Abschalteinrichtung versagen kann Da eine Rettungskraft im Einsatzfall kaum in der Lage ist die F nf Sicherheitsregeln 77 beim Umgang mit elektrischen Anlagen zu befolgen muss sie trotz ev
251. ickstoffmonoxid Stickstoffdioxid Schwefeldioxid Formaldehyd mg m Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid 9 Formaldehyd CURRENTA S Tabelle 19 Rauchgasanalyse Modultyp CdTe berechnete Gesamtfreisetzung 306 CURRENTA S Brandr ckstandsanalyse Versuch 3A Versuch 3B Versuch 3C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Tabelle 21 Brandr ckstandsanalyse Modultyp CdTe berechnete Gesamtfreisetzung L schwasseranalyse Versuch 3A Versuch 3B Versuch 3C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Arsen ug L Cadmium ug L Selen ug L Tabelle 22 L schwasseranalyse Modultyp CdTe Messwerte g L 307 7 CURRENTA Versuch 3A Versuch 3B Versuch 3C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Tabelle 23 L schwasseranalyse Modultyp CdTe berechnete Gesamtfreisetzung 308 c PV Anlagenpass BSU 1 Photovoltaik Anlagenpass N PHOTOVOLTAIKANLAGE K ufer der Anlage Auftraggeber Nennleistung aller Module _ Mp Leistungstoleranz der Module _ Vomame Name oder TE Stra e Hausnummer PLZ Ort Anlagenstandort Gebaude Grundst cksemgent mer Vorname Name oder Firma Stra e Hausnummer Schvagdach Gebdudaart Flachdach Tag der Inbeinebnahme oder mehrere Teilanlagen auklach integriert Einspeise Stromz hler Recht ___ Z hlerstand bei bergabe OO K Eigenstromverbrauch gem EEG ja Unein I
252. ieren oder berlagern Nur sehr robuste auf unterschiedlichsten Systemen getestete Detektionsalgoritnhmen k nnen hier einen echten Zusatznutzen gew hrleisten Noch kritischer ist das Thema Fehlausl sungen Ein Lichtbogendetektor der Fehlausl sungen produziert wird beim Anlagenbetreiber auf wenig Gegenliebe sto en Wenn aufgrund einer Lichtbogendetektion die PV Anlage abschaltet ist die genaue Fehlerstelle schlie lich v llig unbekannt Die Anlage muss also aufw ndig berpr ft werden um den Fehler zu finden bzw auszuschlie en Noch schwieriger ist es nachzuweisen dass gar kein Lichtbogen vorgelegen hat sondern ein Fehlalarm erfolgt ist Das kann im Zweifel nur von einem Fachmann bernommen werden und zwar erst nach einer berpr fung jedes einzelnen Moduls aller Verbindungsstellen und der kompletten Verkabelung Das verursacht erhebliche Kosten und sorgt f r gro e Verunsicherung beim Kunden Die Gefahr ist zudem gro dass nach einigen solchen Fehldetektionen ein unzuverl ssiger Lichtbogendetektor vom Anlagenbesitzer einfach berbr ckt wird um solche Kosten und weitere Ertragsausf lle zu vermeiden Bei der leitungsgebundenen Lichtbogendetektion besteht ein hohes Potential f r Fehlausl sungen e Spr nge im Stromverlauf k nnen z B auch durch Wolkenzug oder pl tzliche Abschattung z B durch Laub oder Vogelmist verursacht werden 223 e Benachbarte elektronische Ger te oder selbst Rundfunksignale k nnen S
253. ieses Gutachtens bernommen Die im Folgenden pr sentierten Auswertungen spiegeln den Stand von Januar 2013 wider Zu diesem Zeitpunkt gab es in Deutschland ca 1 3 Mio PV Anlagen mit einer Gesamtleistung von ber 30 GWp Einzelne Brandf lle des Jahres 2013 wurden in die Analyse aufgenommen Folgende Sch den durch berhitzungen bzw Br nde mit Beteiligung einer PV Anlage innerhalb Deutschlands wurden recherchiert bzw gemeldet e ca 430 F lle von Brand Hitzesch den in PV Anlagen e davon etwa 220 F lle mit externer Brandursache e etwa 210 F lle mit Brandursache in der PV Anlage Es konnten zwar l ngst nicht alle Sch den erfasst werden aber es d rfte die derzeit umf nglichste ver ffentlichte Zusammenstellung entstanden sein In 2013 und 2014 wurden eine Reihe weiterer Brandereignisse festgestellt deren Ursachen und Auswirkungen den aus der Statistik in Kapitel 3 3 2 Ermittelten entsprechen so dass von einem repr sentativen Datenbestand ausgegangen werden kann 52 Exemplarisch nachfolgend zwei bekannt gewordene Brandf lle aus 2013 und 2014 1 Brandfall in Walldorf Brand einer Photovoltaik Anlage auf einem Lagerhallendach Foto PR Video Bild 3 8 Verbrannte PV Module auf einem Flachdach Unterkonstruktion hier mit Kunststoffwannen Bei der betroffenen Anlage gerieten im Juni 2014 durch einen technischen Defekt auf einem Flachdach PV Module in Brand wobei der Sachschaden mehrere Tausend Euro betrug Der Brand
254. ilter oder eine Sichtpr fung der Anschlussklemmen und schreiben Wartungsintervalle vor 1 4 1 3 Montagesysteme Bei Montagesystemen ist neben der gesetzlichen Gew hrleistung eine zehnj hrige Produktgew hrleistung ab Werk blich Umfangreiche Garantiebedingungen ver ffentlichen aber nur die gr eren Hersteller Meistens werden Angaben zur Garantie in den Datenbl ttern des jeweiligen Systems oder einem kurzen Garantiezertifikat ver ffentlicht Die Werksgarantie deckt M ngel die aus Material und Produktionsfehlern hervorgehen ab und bietet im Schadensfall ein Austauschprodukt oder die Reparatur im Werk an Eine bernahme der Transportkosten ist nicht blich Tabelle 1 13 Kriterien der Gew hrleistungs und Garantiebedingungen von Montagesystemen E JE HE D D D L a 2 5 D D Di CD Si 2 2 Formen max Dauer Jahre I II amer BOOOL Produktgarantie ab Werk 10 10 10 15 10 See ong ESENEIENEN AI 49119 S19H A 49 91S19H ae E AE ANE Material und Verarbeitungsfehler sehe DE EEE EEE EEE CC BE BE BE BE BE Asch ESESESEIER a I RI Te 34 48 9 S49H I 48 19 S1 H II JO1ISISIOH AI 43119 S19H A 49 91S19H Zeien 1 1x Bone se rrassa c aerer 7 OO rer eww o EEE BE ER I EEE nn nn ae I I Te Iesse Versete oen gingen Von x Ixjx ie Die Gew hrleistung kann nur in Anspruch genommen werden wenn die Montage unter Beachtung der Installationsanleitung von einem qualifizierten Handwerksbetrieb
255. ine Vorrichtung zur Trennung des Wechselrichters vorgesehen sein die z B durch die vorgeschalteten Leitungssicherungen realisiert wird e Alle Trenn und Schalteinrichtungen m ssen so angeschlossen sein dass sich die PV Installation an der Lastseite und die ffentliche Versorgung auf der Einspeiseseite befindet e Betriebsparameter des Wechselrichters m ssen entsprechend den rtlichen technischen Anschlussbedingungen oder nach den Herstellerangaben programmiert sein Alle Stromkreise Schutzeinrichtungen Schalter und Anschlussklemmen besitzen geeignete Beschriftungen e Warnhinweise auf Spannung auch nach Abschalten der Netzspannung m ssen angebracht sein e Der Wechselstromhauptschalter muss eindeutig beschriftet sein e Am Punkt der Zusammenschaltung m ssen Warnhinweise f r die Doppelversorgung vorhanden sein e Vor Ort muss ein Prinzipschaltplan angebracht sein e Vor Ort m ssen die Schutzeinstellungen des Wechselrichters und Einzelheiten der Installation angegeben sein e Verfahren zur Notabschaltung m ssen vor Ort angegeben sein e Alle Aufschriften und Kennzeichnungen m ssen dauerhaft und geeignet befestigt sein Pr fschritte Im folgenden Teil wird auf die in der Norm VDE 0126 23 geforderten Messungen eingegangen um dem Praktiker die notwendigen Pr fschritte und ihre technische Umsetzung in der t glichen Arbeit zu erl utern 1 Pr fung aller Wechselstromkreise nach DIN VDE 0100 60 2 Be
256. instorming sehr viele Fehlerszenarien angesprochen und analysiert wurden 107 4 Gef hrdung von Rettungskr ften im Schadensfall 4 1 Gefahrenanalyse f r Rettungskr fte M gliche Gefahren bei Eins tzen an PV Anlagen werden nach dem bei der Feuerwehr standardm ig verwendeten Gefahrenschema AAAACEEEE Regel neun m glichen Kategorien zugeordnet NEED Atemgifte Angstreaktion Ausbreitung Atomare Strahlung Chemische Stoffe Erkrankung Verletzung Explosion Elektrizit t Einsturz Zur Analyse der Gef hrdung f r Einsatzkr fte ist es notwendig die Szenarien zu ermitteln die beim Einsatz an PV Anlagen zu einem m glichen Schaden oder einer gesundheitlichen Beeintr chtigung f hren k nnen 1 Atemgifte ja PV Module sind brennbar und enthalten neben Glas und Aluminium Rahmen auch verschiedenste Kunststoffe sowie je nach Technologie auch giftige Schwermetalle Durch Rauchgase und Ru partikel k nnen Gef hrdungen auftreten Angstreaktion nein es treten beim PV Brand i A weder eine erh hte Explosionsgefahr noch schnelle mechanische Bewegungen oder anderweitige Bedrohungsszenarien auf Ausbreitung ja durch kompakte Bauweise und Kabelleitungen zwischen den Komponenten kann sich ein Feuer ausbreiten Atomare Strahlung nein trifft nicht zu Chemische Stoffe ja da berwiegend in Form von Atemgiften auftretend wird dies durch 1 abgedeckt Erkrankung Verletzung ja aber das Erkrankungsrisiko d
257. itt bei der Errichtung einer PV Anlage ist die Auswahl ihrer Bestandteile Es sollten Module Stecker Kabel Wechselrichter und andere Komponenten ausgew hlt werden von denen eine m glichst geringe Brandgefahr ausgeht Das ist dann der Fall wenn der Komponentenhersteller u erst sorgf ltig auf die Qualit t der Verbindungsstellen achtet Aufs Modul bezogen bedeutet das dass bei der Herstellung auf eine m glichst geringe Anzahl von L tstellen und auf eine hohe G te der L tung auch in der Anschlussdose zu achten ist Auf Schraubklemmen sollte zugunsten von Federzugklemmen verzichtet werden Sorgf ltig ausgef hrte Zugentlastungen der Modulanschlusskabel k nnen verhindern dass eine Belastung an den Kabeln zu Folgesch den an der Verbindung zur Anschlussdose f hrt Steckverbinder sollten gut sichtbar fest einrasten und einen dauerhaft niedrigen bergangs widerstand aufweisen Generell sollte bei Steckverbindern wie bei Sammelboxen darauf geachtet werden dass zeitgem e Systeme von Markenherstellern verbaut werden Bei Schraubklemmensystemen ist die Gefahr einer unstabilen und damit potentiell gef hrlichen Verbindung wesentlich h her als bei modernen Federzugklemmen so dass erstere nicht mehr verwendet werden sollten Solarkabel m ssen hochgradig UV best ndig sein und m ssen stets doppelt isoliert ausgef hrt sein weil so die Gefahr eines Parallellichtbogens deutlich geringer ist Wechselrichter mit integrierter Isolations
258. kats derart pr pariert worden dass Zellverbinder 187 m anderf rmig getrennt wurden Es entstand ein Zick Zack Kurs dem der Strom folgen musste Hierdurch wurde eine besondere Belastung der verbliebenen intakten Zellverbinder induziert Nach kurzer mechanischer Belastungszeit trat entgegen der eigentlichen Erwartungen kein Lichtbogen an den belasteten Zellverbindern auf Am bergang eines Mikrorisses der exakt zwischen den Zellverbindern lag durchfloss der Strom die Zelle Hier traten mit dem Lauf des Risses einzelne Lichtblitze und Verschmorungen auf siehe Bild 5 4 rom 20 TUMEDA bS DFOV HD VE 500 atA Bild 5 6 Spuren entlang des Zellrisses infolge Bild 5 5 EL Aufnahme mit vergr ertem Zellriss von Verschmorungen und Lichtblitzen Unten IR Aufnahme mit Hot Spots an den Zell berg ngen Weitere Versuche wurden durchgef hrt wobei bei einem weiteren Modul eine lokale Verschmorung an der R ckseitenfolie induziert und bei verschiedenen Modulen erhebliche Temperaturerh hungen festgestellt wurden Innerhalb von 2000 Lastzyklen traten keine weiteren Lichtb gen auf Eine interessante Feststellung bei der dynamischen Wechselbelastung war dass innerhalb von ca 15 s zwischen Drucklast Nullphase und Zuglast Temperaturunterschiede im Modul von 10K entstehen k nnen In folgender Abbildung ist ein Pr fpfad dargestellt der die Zuverl ssigkeit von Kontaktverbindungen aufzeigen kann Dieser Pfad stellt eine Va
259. konnte von den Rettungskr ften rechtzeitig gel scht werden ohne dass ein bergriff auf das Geb ude erfolgte Wie auf dem Foto zu sehen ist wurde die Aufst nderung mittels Kunststoffwannen realisiert Diese Kunststoffwannen sind i d R normalentflammbar Klasse E nach EN13501 1 Bei der Auswahl der Installationsmaterialien insbesondere bei Dachanlagen ist bei der Verwendung von Kunststoffen das signifikante Potential zur Entz ndung und zur Brandweiterleitung zu ber cksichtigen 2 Brandfall auf Norderney Hier wurde im August 2013 in einer Werkstatt mit Fahrzeughalle ein Brand ausgel st Das Feuer breitete sich schnell aus die Dachkonstruktion samt PV Anlage st rzte ein es entstand Schaden von mehreren Millionen Euro Bild 3 9 Nach dem Brand einer Werkstatt mit Lager und Fahrzeughalle Bild Feuerwehr Norderney 53 Diese Beispiele demonstrieren die bei Brandereignissen an Geb uden mit PV Installationen grunds tzlich zu unterscheidenden Szenarien zum einen die Ausl sung des Brandes durch die PV Anlage selbst zum anderen der Mitbrand einer PV Anlage infolge eines externen Feuers hier Geb udebrand 3 3 2 Statistische Schadensfallanalysen Die ca 210 Schadensf lle mit Ursache innerhalb der PV Anlage wurden weiter ausgewertet Tabelle 3 1 schl sselt diese F lle nach ihrer Schadensh he auf Bild 3 10 verdeutlicht diese Zahlen Tabelle 3 1 Schadensausma von ca 210 F llen Komponente besch digt PV Anlage
260. l 2 4 1 Gew hrleistungs und Garantiebedingungen der Hersteller W hrend in anderen L ndern wie beispielsweise der Schweiz Wartungsintervalle von elektrischen Energieerzeugungsanlagen inkl PV durch den Gesetzgeber vorgeschrieben sind gibt es in Deutschland lediglich Empfehlungen durch Versicherer durch Normen und Richtlinien Ausnahmen stellen im Einzelfall verbindliche Vereinbarungen zwischen z B Investoren und Betreibern dar Regelm ige Wartungsma nahmen sind die Voraussetzung f r einen ungest rten und sicheren Anlagenbetrieb Durch fehlerhafte Komponenten oder Installationen Umwelteinfl sse und allgemeine Alterungsprozesse k nnen im Laufe der Betriebszeit zu lokalen berhitzungen f hren und im schlimmsten Falle einen Lichtbogen erzeugen 1 4 3 Anforderungen durch Gesetzgeber und Institutionen VDS GDV BSW Die Vorgaben der jeweiligen Landesbauordnung mit den entsprechenden Anforderungen m ssen beachtet werden Das bezieht sich insbesondere auch auf die Zug nglichkeit des Daches zum L schangriff und auf die baulichen Brandschutzanforderungen Die Inbetriebnahme und Netzanschluss der Anlage erfolgt nach VDE AR 4105 und der AVBEItV Der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e V GdV erarbeitet mit dem Verband der Sachversicherer VdS Richtlinien f r Anlagen und Produkte Diese VdS Richtlinien umfassen im Wesentlichen Ma nahmen zum Personen Sach und Geb udeschutz im Sinne der Schadensverh t
261. lasse z B 105 C U berspannungsableiter Varistoren Ein und ausgangsseitig ist bei Wechselrichtern typischerweise ein Blitz Feinschutz in Form von Varistoren bzw einer Kombination von Varistoren und Gasableitern zu finden Varistoren sind potentiell gef hrdete Bauteile da sie durch kleine aber durchaus h ufig auftretende berspannungen in ihrer Ansprechspannung sinken bis letztlich bereits bei der normalen Betriebsspannung ein merklicher Ableitstrom durch sie flie t Dieser f hrt zur berhitzung und teilweise auch zu einem Abbrennen der Varistoren ein Fehler der durchaus h ufiger in Wechselrichtern zu beobachten ist Zur Verringerung des Risikos sind die Varistoren in ihrer Ansprechspannung mit gen gend Abstand zur normalen Betriebsspannung zu w hlen Es kommen auch temperatur berwachte Varistoren zum Einsatz bei denen ein Schaltelement den Stromfluss durch den Varistor dauerhaft unterbindet sobald dieser einen Temperatur Schwellwert berschreitet Da damit auch die eigentliche berspannungs Schutzfunktion unterbunden ist sollte dieser Zustand angezeigt werden Eine weitere L sung ist die Reihenschaltung eines Varistors mit einer Funkenstrecke 98 Geh use Bei Stringwechselrichtern finden sich sowohl Ger te mit Metall als auch mit Kunststoffgeh use am Markt Bei Gro ger ten kommen generell Schaltschr nke aus Metall zum Einsatz Aus brandtechnischer Sicht sind Metallgeh use von Vorteil da sie eine Ausbr
262. lativ flachen Winkel auftreffen und in diesen F llen die Str me und die zus tzliche Erw rmung relativ gering sind H ufig werden in den DC Teil von PV Anlagen Sicherheitskomponenten wie Sicherungen oder Schalter integriert Dabei sollte man im Einzelfall stets pr fen ob diese Ma nahme wirklich sinnvoll ist Jede zus tzliche Komponente birgt in sich das Risiko zus tzlicher Kontaktstellen und anderer Fehlerquellen Eine schlanke Anlage mit m glichst wenigen Komponenten besitzt den Vorteil dass es weniger Punkte gibt an denen die Anlage Schaden nehmen kann Kleinere Anlagen mit weniger als drei parallelen Str ngen ben tigen keine Strangsicherungen da eventuell auftretende R ckstr me vor denen diese Sicherungen sch tzen sollen von den Modulen getragen werden k nnen 35 Dies trifft f r die meisten Aufdachanlagen bei Ein oder Mehrfamilienh usern zu Ist der Einsatz von Sicherungen dennoch notwendig ist darauf zu achten dass diese den speziellen Anforderungen der Photovoltaik bei der der Nennbetriebsstrom kaum kleiner als der Kurzschlussstrom ist auch gewachsen sind hnliches gilt f r den Einbau von Schaltern in die DC Verkabelung Damit k nnen zwar Teile der Anlage spannungsfrei geschaltet werden was bei Reparatur oder sonstigen Bauma nahmen oder im Falle eines Rettungseinsatzes der Feuerwehr Feuerwehrschalter n tzlich sein kann Was jedoch die Gefahr der Brandentstehung in einer PV Anlage angeht sind zus
263. ldehyd 9 CURRENTA S N 5 gt gt Se Se 5 gt z gt gt SS SS N CO Versuch 1C I KA oo Tabelle 5 Rauchgasanalyse Modultyp c Si berechnete Gesamtfreisetzung 296 CURRENTA S Brandr ckstandsanalyse Versuch 1A Versuch 1B Versuch 1C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Tabelle 7 Brandr ckstandsanalyse Modultyp c Si berechnete Gesamtfreisetzung L schwasseranalyse Versuch IA Versuch 1B Versuch 1C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Arsen ug L Cadmium ug L Selen ug L Tabelle 8 L schwasseranalyse Modultyp c Si Messwerte g L 297 7 CURRENTA Versuch 1A Versuch 1B Versuch 1C Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Probe 1 Probe 2 Tabelle 9 L schwasseranalyse Modultyp c Si berechnete Gesamtfreisetzung 298 CURRENTA S 4 2 Modultyp CIS W rmefreisetzung Rauchentwicklung und Besch digung des Pr fk rpers EC ih O 2 94 Maximale Raucherzeugungsrate m s 0 Durchschnittliche Raucherzeugungsrate Gesamte Raucherzeugung Anfangsmasse des Pr fk rpers g Restmasse des Pr fk rpers g Massenverlust g 3090 Massenverlust Masse der Brandr ckst nde 2758 Zerst rte Fl che mz 2 34 Tabelle 10 Brandtechnologische Kennwerte Modultyp CIS 9 Verbrannte Masse g I 08 92 332 45 299 CURRENTA S Modultyp CIS W rmefreisetzungsrate
264. len 10 Workshop Modul Technik K ln stellvertretend durch Alexander Werner BSW 30 11 2012 F Reil Bestimmung von Brandrisiken an PV Anlagen und Ableitung von Ma nahmen zur Risikominimierung Wissenschaftstage Berlin Berlin 27 11 2012 F Reil Baulicher Brandschutz an PV Anlagen Verbraucherschutz NRW Siegburg 23 11 2013 F Reil Entz ndbarkeit von Solarmodulen und Komponenten TLRP Wechselrichter Workshop K ln 20 11 2012 F Reil Comparison of Different DC Arc Spectra Derivation of Proposals for the Development of an International Arc Fault Detector Standard IEEE PVSC Ver ffentlichung Tampa USA 2013 Determination of Arcing Risks in PV Modules with Derivation of Risk Minimization Measures IEEE PVSC Ver ffentlichung Tampa USA 2013 Qualit t in der Photovoltaik Werterhalt und Ertragssicherung durch Wartung EnergieAgentur NRW D sseldorf 2013 Zusammenfassung Schadensfallerhebung und analyse Ergebnisse einer extensiven Erfassung von Sch den Brandschutz Workshop K ln Januar 2014 H Laukamp Dr H Schmidt Fraunhofer Institut f r Solare Energiesysteme ISE Lichtbogendetektion in PV Anlagen Brandschutz Workshop K ln Januar 2014 R Grab Fraunhofer Institut f r Solare Energiesysteme ISE Prof Dr H H berlin L Borgna Berner Fachhochschule Technik und Informatik BFH TI Hinweise zu einer ganzheitlichen Installation zur Brandrisikominimierung K ln Januar 2014 R Haselhuhn Deutsche Gesel
265. len besch digte Gleichstromleitungen eine hochgradige elektrische Gef hrdung der Einsatzkr fte dar Daher ist der risikomindernden Leitungsf hrung_ bei PV Anlagen im oder auf dem Geb ude besondere Aufmerksamkeit zu schenken Diese sollte soweit wie m glich au erhalb des Geb udes oder in brandgesch tzten Kabelkan len erfolgen Versuchsreihen zur Leitf higkeit haben best tigt dass bei Einhaltung der vorgegebenen Mindest abst nde 5 m bei Vollstrahl und 1 m bei Spr hstrahl keine Gef hrdung der Einsatzkraft durch gef hrliche Str me ber den L schwasserstrahl auftritt Zu beachten ist die Verwendung von zugelassenen Strahlrohren und Wasser als L schmittel da Schaumzus tze die Leitf higkeit erh hen Weiterhin wurde durch die Messungen deutlich dass nasse Einsatzkleidung praktisch keine isolierende Schutzwirkung mehr aufweist berflutete Kellerr ume mit elektrischen Installationen z B Wechselrichter oder elektrische Speicher Akkus bedeuten im Fehlerfall Lebensgefahr Zus tzlich zum Stromschlagrisiko k nnen tzende und explosive Gase Knallgase gebildet werden Auf eine gute L ftung ist daher zu achten Untersuchungen zu Emissionen beim Brand ergaben additive Schadstoffbelastungen zu den blicherweise beim Hausbrand entstehenden Schadstoffen CO und CO M gliche berschreitungen von toxikologischen Grenzwerten bei den technologieabh ngig freigesetzten Schwermetallen wie Blei und Cadmium wurden nur in unmittelbarer
266. len und Komponenten Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln A Sepanski 259 Elektrische Gef hrdung der Feuerwehren durch PV Anlagen Messung elektrischer Leitf higkeiten Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln H Thiem Gef hrdung beim L schangriff an PV Anlagen bei Mond und Kunstlicht Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln Prof Dr H H berlin Baustoffklassifizierung und Entflammbarkeitsuntersuchungen an PV Modulen Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln F Reil Anforderung an die Qualit tssicherung Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln J Althaus Brandschutz bei BIPV Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln F Reil Brandschutzgerechte Installationen Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln R Haselhuhn Lichtbogenerkennung Norm berblick und technische Anforderungen Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln S Philipp Sicherheitskonzepte zum Schutz vor elektrschem Schlag Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln S Philipp Fire protection and safety concepts Januar 2012 2nd Inverter and PV System Technology Forum Berlin H Schmidt PV systems a fire hazard Myths and facts from German experiences 2012 27th EU PVSEC H Laukamp G Bopp R Grab H H berlin B van Heeckeren S Phillip F Reil H Schmidt A Sepanski H Thiem W Vaa en Qualifizierung und Risikobetrachtung von Lichtb gen in PV Modulen OTTI PV Symposium Bad Staffelstein 2013 F Reil W Vaa en A Sepanski B
267. ler eine Produktgew hrleistung oder garantie welche 5 bis 10 Jahre lang g ltig ist Sie deckt Produktions sowie Materialfehler ab und schlie t bei einigen Herstellern auch eine ber das normale Ma hinausgehende Alterung mit ein Bei einer Minderleistung des Moduls greift die Leistungsgarantie Diese bestimmt f r die gesamte Produktlebenszeit lineare oder abgestufte Degressionss tze bei deren Unterschreitung Ersatz geleistet werden muss blich sind Zeitr ume von 10 Jahren f r eine Leistungsgarantie ber 90 der Modulleistung und ber 20 Jahre f r 80 der Leistung Zunehmend gew hren Hersteller eine lineare Leistungsgarantie bis 30 Jahre und rechnen dabei linear mit einem j hrlichen Leistungsverlust von 0 5 bis 0 7 2 F r die Leistungsgarantie ist zu beachten dass bei Solarmodulen immer mit Leistungstoleranzen Modul Datenblatt gerechnet wird Hinzu kommen au erdem Messtoleranzen die es erschweren den Anspruch f r die Leistungsgarantie nachzuweisen Bei einer ausgewiesenen Modulleistungstoleranz von 3 und einer Messtoleranz von ebenso 3 kann eine CA 0 Leistungsminderung von mehr als 10 erst nachgewiesen werden wenn der Messwert mehr als 16 unter der Nennleistung liegt Einen berblick zu Gew hrleistungs und Garantiebedingungen verschiedener Hersteller gibt Tabelle 1 11 Bei allen drei Formen der Gew hrleistung erfolgt die Kompensation durch den Austausch des betroffenen Moduls dessen Reparatur o
268. lichkeit bezieht sich dabei immer nur auf die betrachtete Komponente da eine Ausbreitung des Brandes auf andere Komponenten oder das Geb ude von vielen hier nicht absch tzbaren Randbedingungen abh ngig ist Eine hohe Brandausl sewahrscheinlichkeit muss also nicht zwangsl ufig bedeuten dass ein Geb udebrand entsteht Als Beispiel hierf r k nnte ein verschmorter Steckverbinder zwischen zwei Modulen oberhalb einer harten Bedachung Dachziegel angesehen werden der im Allgemeinen keinen Brand ausl st Das dritte Kriterium dass der Fehler mangelhafte Steckung bereits vor dem Auftreten der Verschmorung entdeckt wird wurde als eher unwahrscheinlich also mit dem Faktor 8 bewertet Insgesamt ergibt sich daraus durch eine Multiplikation eine RPZ von 224 also deutlich ber dem gew hlten Grenzwert der RPZ von 150 103 Tabelle 3 4 Beispielhafte Bewertung eines unvollst ndig gesteckten DC Steckers Auftrntts Brandausl sungs Entdeckungs Betelligte Komponente Potentielle Fehler potentielle Ursachen RPZ O wa hrscheinlichkeit wahrscheinlichkeit wahrscheinlichkeit Ort DC Stockverbinder Stecker nicht Steckverbinder verschmort vollst ndig gesteckt Gem Bild 3 57 erreichten von den 39 betrachteten Gruppen 21 eine RPZ oberhalb des Grenz wertes von 150 die brigen 18 unterhalb des Grenzwertes sind in Bild 3 58 aufgef hrt Als besonders kritisch wurde von der Expertenrunde die unerlaubte Kombination von S
269. ll typischen kristallinen Standard Module 2012 Liegen im Einsatzfall Module erheblich gr erer Leistungsf higkeit vor k nnen auch h here Str me als die hier gemessenen und in die Abstandsempfehlung eingerechneten Werte erzeugt werden Diese Abstandsempfehlung gilt somit f r den typischen n chtlichen Brand Einsatz an Ein und Mehrfamilienh usern mit typischer PV Anlage stellt jedoch keine Garantie f r eine insgesamt strom und spannungsfreie PV Anlage dar d h sie entbindet nicht von der n tigen Vorsicht und Abstandseinhaltung wie bei jeder elektrischen Anlage 148 4 6 Schadstofffreisetzung im Brandfall 4 6 1 Zielsetzung Eine Photovoltaik Anlage arbeitet unabh ngig von der verwendeten Modultechnologie w hrend ihrer mittlerweile f r 30 Jahre prognostizierten Betriebszeit emissionslos d h es erfolgt keine Freisetzung von toxischen Stoffen in die Umgebung Zum Emissionsbeitrag einer PV Anlage im Brandfall mit teilweiser oder sogar vollst ndiger Zerst rung von Komponenten gibt es dagegen aktuell noch Unsicherheiten Verschiedene Kunststoffe und andere brennbare Materialien sowie in geringen Massenanteilen auch giftige Schwermetalle sind Bestandteil jeder PV Anlage Eine m gliche Freisetzung von gasf rmigen toxischen Stoffen ist damit bei Hitzeeinwirkung im Brandfall unbestritten Der Umweltausschuss in Br ssel nahm alle Erneuerbaren Energien Technologien in der neuen Regelung vom Cadmium Verbot der ROHS Novelle heraus 45
270. llbr che und mangelhafte Kontaktierungen leicht erkennen EP FK IO MURT MII IHC HES IRB IN Rn Zu ek OTI LR OK DE Bild 3 35 EL Aufnahme eines intakten Moduls Bild 3 36 EL Aufnahme eines Moduls mit Mikrorissen und Zellbr chen IT NI i s Zwischen M rz 2011 und M rz 2013 wurden bei Energiebau fast 24 000 Module gepr ft von denen 20 2 M ngel aufwiesen Dieser Anteil ist allerdings nicht repr sentativ f r alle vom Hersteller ausgelieferten Module Die Prozesse im Wareneingang sind so strukturiert dass Chargen mit Verdacht auf schlechtere Qualit t h ufiger gepr ft werden Au erdem werden weitere Module der Lieferung untersucht sofern die Stichprobe aus einer Lieferung M ngel zeigen 76 M ngel im Wareneingang E Mangel auf EL Aufnahme D Scharfkantige Ecken Grate El Anschlussdose undicht E Zellmatrix verschoben o Label fehlerhaft EI Andere Bild 3 37 H ufig auftretende Sch den in der Wareneingangspr fung ber 50 St ck Jahr Der in der Wareneingangspr fung am h ufigsten festgestellten M ngel sind Fehler auf dem EL Bild Das sind berwiegend Zellbr che k nnen aber auch mangelhafte Kontaktierungen oder Zelldrucke sein Am zweith ufigsten sind schlecht verarbeitete Rahmen mit Graten oder scharfkantigen Ecken Diese entstehen wenn Rahmenteile ungenau gefertigt oder gef gt werden Weitere M ngel sind ungenau gefertigte Deckel f r Anschlussdosen die durch ihren schlec
271. lligente Anschlussdose wird auch das Thema berspannungsschutz aufgegriffen Fazit Die Risiken im Bereich der Anschlussdose sind bez glich der Auswirkung von Lichtb gen und der Entwicklung von Br nden verglichen mit anderen Komponenten als hoch einzustufen Deshalb ist eine gute Verbindungstechnik besonders wichtig um brandausl sende Erhitzungen und Lichtb gen weit m glichst zu vermeiden Zudem sind g nstige Korrosions W rmeableitungs Material und berspannungs eigenschaften wichtige Faktoren bei der Konstruktion einer brandrisikoarmen Modulanschlussdose 3 5 1 3 Bypassdiode Um Solarzellen vor unzul ssig hohen Sperrspannungen aufgrund nicht aktiver z B abgeschatteter Zellen zu sch tzen werden blicherweise Bypassdioden eingesetzt Diese werden meist in die Anschlussdose integriert und sorgen daf r dass der von den brigen Modulen erzeugte Strom ber die Dioden und an den abgeschatteten Solarzellen vorbei geleitet wird Wo fr her haupts chlich P N Dioden eingesetzt wurden sind nun vermehrt Schottky Dioden im Einsatz die geringere Verlustw rme entwickeln Die Durchbruchsspannung in Sperrrichtung ist bei ihnen jedoch wesentlich geringer sodass sie durch singul re berspannungs Ereignisse z B Sto spannung durch nahe gelegene Blitzeinschl ge besch digt werden k nnen Schottky Dioden haben ferner die Eigenschaft dass sie bei hohen Temperaturen deutliche Sperrstr me aufweisen die zu einer thermischen
272. lschaft f r Sonnenenergie e V DGS Installationsempfehlungen und Diskussionsstand der zuk nftigen PV Installationsnorm IEC 60364 9 1 Brandschutz Workshop K ln Januar 2014 G Bopp H Laukamp Fraunhofer Institut f r Solare Energiesysteme ISE Neuartige Methoden zur Qualit tssicherung und Fehlersuche Brandschutz Workshop K ln Januar 2014 N Bogdanski TUV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Dr H Schmidt Fraunhofer Institut f r Solare Energiesysteme ISE Emissionen von Solarmodulen im Brandfall Brandschutz Workshop K ln Januar 2014 A Sepanski TUV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Elektrische Risiken f r Einsatzkr fte R ckblick und neue Ergebnisse Brandschutz Workshop K ln Januar 2014 Horst Thiem Berufsfeuerwehr M nchen M Reichard A Sepanski F Reil TUV Rheinland Energie und Umwelt GmbH 257 Emissionen von Photovoltaikmodulen im Brandfall 11 Workshop Modul Technik K ln November 2014 A Sepanski TUV Rheinland Energie und Umwelt GmbH B Bansemer Currenta GmbH In zwei Fernsehbeitr gen im Bayrischen Rundfunk Sendung Geld Leben 2011 und ARD Sendung Plusminus ist die Thematik um den Brandschutz an PV Anlagen debattiert worden Das vorliegende Forschungsprojekt wurde hier auch im ARD Beitrag benannt Der Fernsehsender 3SAT hat in der Sendung hitec im Dezember 2011 die Leitf higkeitsmessungen intensiv dokumentiert und auf die Arbeiten im Forschungsprojekt verwiesen Der Beitrag ist auf der Projekthom
273. lussanalyse durchgef hrt Als haupts chliche Fehlerquelle wurde der Faktor Mensch erkannt sodass die abgeleiteten Empfehlungen haupts chlich im Bereich der Qualit tssicherung sowohl bei den Komponenten als auch bei der Planung und Ausf hrung der Anlagen liegen F r die Normung wird empfohlen verst rkte Qualit tssicherungsma nahmen in der Produktion zu definieren sowohl auf Komponenten als auch Modulebene Viele Hersteller orientieren sich bereits auf einem hohen Niveau Mit einem normierten Qualit tssicherungskatalog soll ein einheitliches Qualit tsma erreicht und Risiken aufgrund von l ckenhafter berwachung der Produkte vermieden werden Regelm ige Pr fungen der Anlagen durch unabh ngige Dritte wurden als sehr sinnvoll erachtet Zus tzliche Sicherheitskomponenten k nnen das Risiko weiter reduzieren wurden aber erst an zweite Stelle hinter einer fachm nnischen Planung und Ausf hrung der Anlagen mit hochwertigen Bauteilen gesetzt Bei den Komponenten wurden in vielen F llen fehlerhaft ausgef hrte oder vorzeitig gealterte Kontakte als Risikostellen identifiziert sowohl im Modul selbst Anschlussdose als auch bei Steckverbindern und Kontaktierungen in Sammelk sten und Wechselrichtern Diese f hren langfristig zur berhitzung die letztlich eine Verschmorung oder einen Lichtbogen verursachen kann Die _ jeweiligen Umgebungsmaterialien und die Einbausituation entscheiden dann ber die weitere Entwicklun
274. lz und Stroh und als die Feuerwehr eintraf stand das Geb ude im Vollbrand Es entstand ein Totalschaden 26 3 3 4 Grossbr nde Zu zwei gro en Schadensf llen wo jeweils eine PV Anlage auf einem Industriedach einen Vollbrand des Geb udes ausgel st haben soll l uft aktuell 2013 noch die Ursachenforschung In einem dieser F lle gibt es laut Gutachter Hinweise dass ausgerechnet ein falsch ausgelegter Feuerwehr schalter den Brand ausgel st hat weil er den Schaltlichtbogen nicht l schen konnte Der Brand griff in beiden F llen schnell auf das Geb udeinnere ber Aus Erfahrungen mit hnlichen Anlagen l sst sich vermuten dass die Leitungen der PV Anlagen durch einfache Dachdurchdringungen in das Geb ude gef hrt wurden und keine Brandschottung angewendet wurde Vermutlich wurde so dem Lichtbogen per Kabelb ndel ein direkter Weg ins Geb ude gebahnt Bei einem weiteren Gro brand geriet die besandete Bitumen Dachbahn in Brand Diese gilt normgem als harte Bedachung also als Schutz gegen strahlende W rme und Flugfeuer In Verbindung mit einer aufgestellten PV Anlage reicht die Schutzwirkung nicht aus wie ein von einer PV Anlage ausgel ster Brand in Goch 1 4 2012 eindrucksvoll zeigte Er fasste schnell die gro e Dachfl che einer Lagerhalle und l ste brennend abtropfenden Bitumenfluss aus Bild 3 34 Bei solchen D chern sollten vorbeugende Brandschutz Ma nahmen entsprechend Kapitel 6 1 ergriffen werden um da
275. m chten wir auch unseren Studenten aussprechen die mit Engagement fundiertes Fachwissen erwarben und mit vielen guten Ideen und Arbeitseifer unsere Versuchsreihen im Rahmen von Praxissemestern und Bachelorarbeiten unterst tzt haben Durch die personelle und fachliche Unterst tzung insbesondere durch die Branddirektion M nchen und die personelle sowie ger tetechnische Unterst tzung durch die Berufsfeuerwehr K ln die Freiwillige Feuerwehr K ln die L schgruppe Porz Langel und das THW Ortsverband Siegburg wurden aufw ndige praxisbezogene Versuchsreihen erm glicht Daf r bedanken wir uns nochmals ausdr cklich F r die Bereitstellung von Ger ten und Materialien in Form von Leihgaben f r unsere Versuchsreihen gilt folgenden Firmen besonderer Dank Clausen OHG Treble Light Special Lighting SETOLITE Lichttechnik GmbH Schmidt Strahl GmbH Karl Meister GmbH Hella Fahrzeugteile Austria GmbH D nges GmbH amp Co KG Wir bedanken uns weiterhin bei den Teilnehmern unserer Online Umfrage die uns mit Informationen und Detailwissen zu vergangenen Brandschadensereignissen mit Beteiligung von PV Anlagen einen berblick ber die Vorkommnisse einschlie lich der betroffenen Komponenten verschafften Hervorheben m chten wir an dieser Stelle die Berufsfeuerwehren in Deutschland die eine Umfrage in den eigenen Reihen durchf hrten In diesem Zusammenhang m chten wir besonders der Mannheimer Versicherung danken die uns mit statistischen Dat
276. m in der Produktion auf Basis von Stichproben die Haltekraft der Modulkabel an der Dose zu untersuchen sei es als Wareneingangskontrolle vom Zulieferer oder bei Auslieferung des fertigen PV Moduls Bestimmung der Kontaktwiderst nde an kritischen Verbindungen in der Modulanschlussdose Mit der aktuell geplanten nderung A2 innerhalb der EN 50548 bzw der geplanten ersten Edition der IEC 62790 Junction boxes for photovoltaic modules sind Erg nzungen mit Bezug auf brandschutzrelevante Anforderungen definiert worden Diese beziehen sich ma geblich auf die Zuverl ssigkeit von Kontaktverbindungen innerhalb der Anschlussdose Zur verbesserten Qualifizierung der Kontaktwiderst nde werden Messungen zur Bestimmung des bergangs widerstandes zwischen Anschlussstellen f r das Modulkabel und f r die Zellverbinder innerhalb der Anschlussdose gemessen Die Vergleichsmessungen werden jeweils vor und nach der Temperatur wechselpr fung durchgef hrt Der Kontaktwiderstand darf insgesamt als Initialwert nicht h her als 5 mQ sein und darf nach den Alterungspr fungen um nicht mehr als 150 gr er sein Die Anschlussdose wird f r die Messung an den Zellverbinderterminals kurzgeschlossen und mit 1 A bestromt Bild 5 20 Bild 5 20 Messstellen zur Bestimmung des Kontaktwiderstandes innerhalb der Anschlussdosennorm EN 50548 2011 A1 2013 201 Ferner m ssen auch interne Steckverbinder innerhalb der Anschlussdose den anw
277. men zeigt sich eine starke Abh ngigkeit der Fehlerh ufigkeit vom solaren Energieangebot Die Fehlerh ufigkeit steigt mit h herer Einstrahlungsleistung Dies ist ein Indiz daf r dass die meisten Fehler strombedingt auftreten also durch Versagen von Verbindungen bzw Kontakten und durch berlastung von Betriebsmitteln Isolationsfehler spielen demzufolge nur eine geringe Rolle 3 3 2 6 Schlussfolgerungen aus der Schadensanalyse Module und Wechselrichter sind erwartungsgem relativ auff llige Komponenten berraschend h ufig wurden Fehler bei folgenden Komponenten festgestellt e bei DC Steckern e in der AC Verteilung mit allen Komponenten und besonders den Klemmenverbindungen e mitfalscher Verarbeitung von Alu Leitungen Fazit Hauptursachen f r Br nde sind Installationsfehler und Wechselrichter Produktfehler Alle bauseitig errichteten Verbindungen sind potentiell kritisch Die ausl senden Fehler sind weit berwiegend Kontaktierungsfehler im Hauptstrompfad also serielle Fehler Kurzschl sse und Isolationsfehler treten dagegen weniger h ufig auf 63 3 3 3 Schadensbilder spezieller Fehler Um die oben geschilderten Beobachtungen zu illustrieren werden im Folgenden einige Schadensf lle ausf hrlicher beleuchtet 3 3 3 1 DC Steckverbinder DC Steckverbinder tauchen als h ufig betroffene Komponente in der Fehlerstatistik in Abbildung 6 auf Identifizierte Fehlerursachen bei dieser Komponente sind
278. mmt Als Z ndquelle kam der in der UL 790 beschriebene Gasbrenner zum Einsatz der eine ca 100 cm breite Flamme erzeugt Bild 4 34 Der Brenner wurde 10 cm unterhalb der Modulvorderkante positioniert der horizontale Abstand zur Modulvorderkante betrug ebenfalls 10 cm Auf der Modulvorder und r ckseite wurden jeweils f nf Thermoelemente entlang der Modul langsachse angeordnet Die Abst nde zur Modulvorderkante betrugen 10 40 70 100 und 130 cm In den im Anhang enthaltenen Temperaturdiagrammen bezeichnen MS 01 Modulr ckseite und MS 06 Modulvorderseite die Messstellen an der Modulvorderkante F r die L schwasserversuche wurden zwei L schd sen im oberen Bereich des Versuchsaufbaus im Zwischenraum zwischen Modul und Tr gerplatte installiert Zum Auffangen des ber die Tr gerplatte ablaufenden L schwassers wurde eine 1 75 x 1 50 m gro e Stahlwanne auf dem Boden der Pr fhalle platziert Um einen jeweils hnlich gro en Modulbereich zu beflammen erfolgten die Versuche an den c Si Modulen mit einem Modul in L ngsausrichtung L nge 1655 mm an den CIS Modulen mit zwei Modulen in Querausrichtung Gesamtl nge 1960 mm und an den CdTe Modulen mit drei Modulen in Querausrichtung Gesamtl nge 1840 mm inkl Montageabstand 166 L schd sen Thermoelemente N amp Gasbrenn gt Wanne Bild 4 34 Versuchsaufbau hier dargestellt mit einem c Si Modul Bild 4 35 Gasbrenner 167 4 6 6 2 V
279. n Auch bei der Installation von Wechselrichtern sollten alle angegebenen Mindestabst nde unbedingt beachtet werden Dies wird h ufig vernachl ssigt kann aber ernste Konsequenzen haben wenn Anlagekomponenten durch die resultierende berhitzung ausfallen oder gar in Brand geraten Nicht zul ssig ist eine Befestigung an brennbaren Materialien wie z B Holz Falls nicht bereits bei der Anlagenplanung beachtet sollte ein fachkundiger Installationsbetrieb sp testens jetzt auf die Installation von Anlagenkomponenten in Umgebungen mit leichtentz ndlichen Materialien z B Heu Stroh S gesp ne Treibstoffe etc v llig verzichten 5 3 1 4 Abnahmepr fungen und regelm ige Wartung Die DIN EN 62446 VDE 0126 23 2010 07 beschreibt neben den Punkten die eine System dokumentation zu enthalten hat auch die folgenden Pr fungen und Messungen zur Inbetriebnahme sowie die wiederkehrenden Pr fungen und Messungen f r einen rechtssicheren Betrieb Zusammengestellt auf der Grundlage folgender Informationen 71 Alle Pr fungen sollten w hrend der Montage und bei Fertigstellung in Bezug auf die IEC 60364 6 DIN VDE 0100 600 2008 06 durchgef hrt werden Besichtigen des Gleichstromsystems e Es ist ein Nachweis zu erbringen dass das Gleichstromsystem im Allgemeinen nach den Anforderungen in der IEC 60364 6 und im Besonderen nach den Anforderungen der DIN VDE 0100 712 ausgelegt ausgew hlt und errichtet worden ist e Die Gleichstromkom
280. n Vielfaches widerstandsf higer gegen ber induzierten berspannungen Die Energie zum Ansteuern des MOSFET wird ber eine spezielle Ansteuerschaltung aus dem nur geringen Spannungsabfall ber dem MOSFET gewonnen so dass das Bauteil nur zwei Anschl sse 88 besitzt und ohne eine zus tzliche Versorgung wie eine konventionelle Bypass Diode eingesetzt werden kann Aktive Bypass Dioden werden beispielsweise von der Fa MICROSEMI angeboten LX2400 31 wobei eine neuartige ultrad nne Version LX2410 sogar zur Einlaminierung in das Modul geeignet ist Weitere Hersteller sind z B STmicroelectronics z B SPV1001 und Texas Instruments z B SM 74611 3 5 2 Steckverbindungen und Verkabelung 3 5 2 1 Steckverbinder Ein Photovoltaiksystem weist typischerweise eine hohe Anzahl von Steckverbindungen auf Sowohl jedes einzelne Modul als auch die Wechselrichter werden blicherweise ber Steckverbinder kontaktiert Wegen der hohen Anzahl gibt es hier ein erhebliches Potential f r die Entstehung von Serienlichtb gen Durch die fortschreitende Professionalisierung bei der Komponentenentwicklung sind mittlerweile Steckverbinder auf dem Markt bei denen unbeabsichtigtes L sen und Kontaktkorrosion recht sicher verhindert werden k nnen Die gr ten Risiken liegen in der Paarung von Steckverbindern unterschiedlicher Fabrikate und dem Krimpen von Steckverbindern auf Kabel im Feld 33 Ersteres sollte unbedingt vermieden werden de
281. n Spannungen erheblich verletzt werden Ebenso ist auf Grund der Un bersichtlichkeit des zerst rten Umfelds mit einer h heren Eintrittswahr scheinlichkeit zu rechnen 4 2 3 2 Beseitigung von Gegenst nden Fahrzeugen und Tr mmern Bei Verkehrsunf llen oder sonstigen Havarien besteht das Risiko dass Gest nde unterschiedlicher Gr e und Leitf higkeit Anlagenteile besch digen und eine elektrische Gef hrdung darstellen Gefahr Elektrischer Schlag Risikoma zahl UE Schutzziel Vermeidung einer direkten oder indirekten Ber hrung spannungsf hrender Teile bei der Beseitigung von Gegenst nden 115 Bewertung Durch den Unfallmechanismus ist bei diesen Szenarios davon auszugehen dass Anlagenbereiche besch digt sind und dadurch spannungsf hrende Teile freiliegen Die hohen Spannungen k nnen die Einsatzkr fte erheblich verletzen Das direkte Arbeiten an diesen Bauteilen f hrt ebenso zu einer hohen Gefahr einer Ber hrung spannungsf hrender Teile 4 3 Mechanische Gef hrdung f r Einsatzkr fte 4 3 1 Einsturz von Geb udeteilen oder Anlagenteilen Bei Br nden oder sonstigen technischen Eins tzen kann die Geb ude und oder Anlagenstatik versagen Die einst rzenden Geb udeteile oder herabst rzenden Module k nnen eine Gef hrdung der Einsatzkr fte darstellen Gefahr Verletzung durch herabfallende Teile Risikoma zahl 28 Schutzziel Vermeidung einer Verletzung durch herabfallende Teile Bewertung Das Abst rzen v
282. n beim Brand von PV Modulen wurden 2011 und 2013 von der Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung in Berlin BAM durchgef hrt 53 12 Bei den Untersuchungen wurden u a kleine Probek rper 75 mm x 75 151 mm verschiedener Modultechnologien 50 kW m Hitzeeinwirkung ausgesetzt und sowohl die Rauchgas Zusammensetzung als auch die R ckst nde analysiert Nach ca 8 min Beanspruchung versagte der Modulverband begleitet von einem deutlichen Anstieg der Ausgasung Im Ergebnis wird festgestellt dass die Proben bzw der Brandschutt nach der Brandbeanspruchung im Mittel noch 94 der Schwermetalle der Ausgangsproben beinhalten Im Umkehrschluss m ssen ca 6 bei diesen Labortests freigesetzt worden sein Ausgangswerte bei CdTe Modulen waren ca 7g Cd Anteil m was mit angegebenen Uhntergrenzen in der Literatur bereinstimmt 54 Ausgehend von einer festgestellten gro en Streuung der Ergebnisse werden von den Autoren weitere Untersuchungen empfohlen 350 100 1 L ucd Cd fire SCu SCu Pre un Bin_fire B Ga Ce fe E Se sSe_fire DE u u Bild 4 30 R ckstandsanalyse Vor und nach Brandtest an CdTe und CIGS Modulproben Quelle BAM 2013 12 Die Verteilung von Cadmium Schadstoffemissionen in der Umgebung im Falle eines Brandes von PV Dachanlagen mit CdTe Modulen ist Thema einer unabh ngige Studie von 2011 vom Bayerischen Landesamt f r Umwelt 55 Die Verteilung von ausgegastem Cadmium wurde dabei f r v
283. n deswegen erst beim Kunden bemerkt werden Dazu geh ren z B Minderleistungen durch potenzial induzierte Degradation PID Zuletzt k nnen Sch den wie Kratzer Dellen Zell oder Glasbr che auch erst beim Transport zum Kunden oder durch unsachgem es Handling auf der Baustelle entstehen 78 Reklamationsgr nde m Anschlussdose B Glasbruch D Versicherungsfall Minderleistung D defekte Zellverbinder DO Optischer Fehler D Sonstige Bild 3 38 Fehlerh ufigkeiten bei reklamierten Modulen Der ber alle Hersteller h ufigste Reklamationsgrund waren defekte Anschlussdosen Neben aufgrund schlechter Verarbeitung abgefallenen Geh usen und Geh usedeckeln beinhaltet dieser Punkt auch fehlerhafte L tstellen und defekte Bypass Dioden Aufgrund der H ufigkeit dieses Fehlers k nnte von defekten Anschlussdosen ein besonderes Lichtbogenrisiko ausgehen Weitere h ufige Fehler sind allgemeine Versicherungsf lle und Glasbr che die meistens beim Transport oder der Montage entstehen aber auch von berhitzten Zellen hervorgerufen werden k nnen Reklamationsgr nde nach Hersteller H Sonstige D Optischer Fehler D defekte Zellverbinder D Minderleistung H ufigkeit E Versicherungsfall D Glasbruch E Anschlussdose Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller Hersteller 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bild 3 39 H ufigkeit von Schadensbildern bei verschiedenen Herstellern
284. n erwartungsgem toxische Schwermetalle davon Blei c Si und Cadmium CdTe in potentiell grenzwert berschreitender Menge gemessen Aufgrund der Inhomogenit t der R ckst nde ist keine allgemeing ltige Aussage m glich Die gemessene Cadmium Konzentration im L schwasser weist auf eine m glicherweise kritische Bodeneinleitung bei CdTe Modulen hin 179 5 Optimierungsma nahmen zur Produkt und Anlagensicherheit 5 1 Vorbeugender Brandschutz Nach Einf hrung der vorangegangen Kapitel zur Bestimmung von Risiken und Gef hrdungspotentialen durch Lichtb gen mit Bezug auf Brandentstehung und bek mpfung werden nachfolgend allgemein g ltige und spezifische Ma nahmen beschrieben die zur Risikoreduzierung beitragen Als zentrales Leitbild sind die Definitionen und Zielrichtungen des vorbeugenden Brandschutzes zu definieren welche sich vor allem durch die Anforderungen aus der Musterbauordnung MBO bzw den Landesbauordnungen LBO ableiten lassen Hierzu gilt mit deutlich pr gnanter Formulierung 814 der MBO Bauliche Anlagen sind so anzuordnen zu errichten zu ndern und instand zu halten dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch Brandausbreitung vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame L scharbeiten m glich sind In einem Satz zusammengefasst Solaranlagen d rfen dieses g ltige Ma nicht reduzieren Die MBO ist als Musterbauordnung der bi
285. n sicheren abgeschalteten Zustand bergehen Ist dies nicht gew hrleistet z B bei Halbleiter Schaltern so ist eine t gliche Funktionspr fung erforderlich z B beim morgendlichen Aufschalten des Wechselrichters Weiterhin d rfen die Systeme nicht zu unzul ssigen Betriebszust nden f hren wie z B R ckstr me innerhalb von Generatoren wenn einzelne Module ungewollt oder auch zeitlich versetzt durch eine Kurzschlie vorrichtung abgeschaltet werden Die Abschalteinrichtungen m ssen durch ein Freigabesignal aktiv eingeschaltet werden Liegt dieses nicht dauerhaft an so muss innerhalb von max 15 Sekunden eine Abschaltung erfolgen Dabei darf das Freigabesignal nur bei vorhandener Netzspannung erzeugt werden es kann aber durch andere Schalt und berwachungseinrichtungen z B Brandmeldeanlagen oder auch manuell unterdr ckt werden Nach Eintreten eines normalen Betriebszustandes z B Wiederkehr der Netzspannung darf die Abschalteinrichtung automatisch wieder zuschalten Bei Inselsystemen ist das Freigabesignal zu unterbrechen wenn das das Inselnetz bildende System abgeschaltet wird 5 6 3 Technische Einrichtungen zum Abschalten von Solarmodulen und generatoren Die Anwendungsregel betrachtet die M glichkeiten zur Abschaltung auf Generatorebene und auf Modulebene Hierbei werden sowohl die Optionen des Trennens als auch des Kurzschlie ens einbezogen Das Bild 5 45 zeigt beispielhaft eine Einrichtung zum Trennen am Genera
286. n w chst Wird dieser so gro dass die zur Verf gung stehende Spannung nicht mehr ausreicht so verlischt der Lichtbogen Dies kann allerdings sehr lange mehrere Minuten dauern Der Lichtbogen brennt nicht nur an den direkten Kontakten der Zelle sondern er kann auch zwischen den Zellen weiterbrennen So wandert der Lichtbogen zwischen den Zellen hin und her Auf Grund der gro en Materialmenge die hierbei zur Verf gung steht brennen die Kontakte nur geringf gig ab Bei den Versuchen im Labor wurde der Lichtbogen immer durch das Abschalten der Spannung gel scht Der am l ngsten brennende Lichtbogen wurde nach 16 Minuten abgeschaltet In dieser Zeit wanderte der Lichtbogen mehrfach von der einen Zellseite zur anderen Bis zum Verl schen des Lichtbogens gibt dieser sehr viel Hitze ab wodurch die umliegenden Modulmaterialien stark besch digt werden Diese brennen zwar auch verl schen aber einige Zeit nach dem Abschalten des Lichtbogens von selbst wieder Bis dahin lodern die Flammen allerdings intensiv aus der Unterseite des Moduls Bei einem sehr lange brennenden Lichtbogen steigen die Temperaturen so weit dass das Glas schmilzt 1000 C bis 1500 C und fl ssiges Silizium vom Modul heruntertropft Ausl ser von Lichtb gen in der Realit t k nnen vorangegangene Hot Spots sein die blicherweise an gel teten Zellverbindern aber auch den L tungen zwischen Zellverbindern und modulinternen Sammelschienen auftauchen k nnen
287. n zwei benachbarten Solarzellen aber auch der Verbindung auf der Zelle kann ber hrungslos mittels kapazitiv oder induktiv indizierter Str me beurteilt werden Bild 5 8 zeigt das Grundprinzip der induktiven Messmethode bei welcher ein Wechselstrom in das Modul eingepr gt wird und mittels eines Stromsensors der Stromfluss in den beiden Zellverbindern erfasst wird Teilt sich der Strom ungleich auf so liegt ein Kontaktierungsfehler vor Bild 5 8 Schematischer Aufbau der induktiven Messmethode zur Untersuchung von Verbindungsfehlern zwischen zwei Zellen 190 In einem Belastungstest TC 1000 Test nach IEC61215 40 C 85 C wurde die Tauglichkeit des Verfahrens zur Qualifizierung von Zellverbindungen aufgezeigt 28 Die Erh hung der lokalen bergangswiderst nde f hrte zur Reduzierung der Leistung ca 50 Eine erhebliche Beeintr chtigung durch die mechanischen Bewegungen infolge der Temperatur nderungen an den L tungen zwischen bzw an den Zellen kann durch EL und IR Aufnahmen verdeutlicht werden Dabei stellen in der EL Aufnahme schwarze Zellbereiche inaktive Teile dar hellere Bereiche hingegen deuten auf erh hte Stromdichten hin In der Praxis wies das Modul in einer Installation Leistungsverluste auf der gesamte Stromfluss ist aber nicht unterbrochen Trotzdem sind Temperaturunterschiede auf den Zelloberfl chen und Zell berg ngen erkennbar In Bild 5 9 ist zu erkennen dass IR und EL Aufnahmen nicht zu 100 miteina
288. nach Verl schen des Lichtbogens selbstst ndig weiterbrennen Dies ist insbesondere im Falle eines Schalter bzw Trennereinsatzes von Bedeutung Bei T V Rheinland wurden hierzu ber die Norm hinausgehende Untersuchungen durchgef hrt die den normativen Pr fhintergrund um reale Versuchsanordnungen erg nzten Die Brandversuche wurden in Anlehnung an die Pr fung nach EN 60695 11 20 die auch in der EN 50548 f r PV Anschlussdosen Anwendung findet durchgef hrt Allerdings werden nach EN 60695 alle Pr flinge vertikal ausgerichtet Da Module jedoch berwiegend mit einer Neigung von 20 bis 60 installiert werden hierbei sind nicht Fassadeninstallationen gemeint wurde f r die Versuchsanordnung ebenfalls ein geneigter Aufbau gew hlt Wie im folgenden Bild 5 15 zu sehen ist wurde f r den Versuchsaufbau ein Winkel zwischen 30 bis 50 gew hlt um festzustellen ob diese Anordnung einen Einfluss auf die Brandeigenschaft der Anschlussdose hat Weiterhin sollte anhand dieses Versuchsaufbaus ermittelt werden wie kritisch der Einfluss ggf abtropfender Materialien auf reale Baustoffe ist so z B Unterspannbahnen Isolationsmaterialien usw Dies ist bei Betrachtung von dachintegrierten Systemen von besonderer Bedeutung Die Anwendung der Pr fflamme wurde an den Stellen angesetzt wo Lichtb gen im Fehlerfall in der Praxis auftreten k nnen Die Beflammung wurde mit der in EN60695 11 20 beschriebenen 500 W Flamme durchgef hrt Dabei wurden
289. nbeinebnahmedatum Messeinrichtung PV Z hler Nr Z hlerstand bei bergabe Bei Eigenverbrauch gem 5 33 2 EEG 2009 zus tzlich Messeinrichtung f r berschuss Z hler Nr Z hlerstand bei bergabe Prognostizierter Anlagenertrag Erwarteter Stromefrag Kniet CO Es wurde keine Prognose erstellt AUSSTELLERANLAGENPASSI INSTALLATEUR Dieser Anlagenpsss wurde ausgestellt von Mut dem Siegel wird best tigt 7nay dass der Betrieb registriert Bug wi und daher im Handwerker A er Fima verzeichnis der Internetseite 9 www photovoltaik anlagenpass de 1 Awagenpass N gelistet ist l mit i Bearmeiter Vorname Name A Registierum 4 7 Stra e Hausnummer Firmenstempel an ee ng o e PLZ On Der Unterzeichner best tigt dass sie Angaben dieses nlagenpasses und der Ariagen 1 bis 4 auf de oben beschriebene und dem K ufer bergebene PV Anlage zutreflen Datum Umterschntt Ausstefer Anagenpass Installateur 1 Der Aniagenpass ist nur vollst ndig rg dee Ankacem 1 reg 4 2 Der Photovoltaik Antagenoass waaide mit groer Sorgtat arsiel Eine Geranbe im Sinne aner verschulsensunsdingigen Maftung f r das Vorliegen der begut achteten Egemschaflen kann jedoch rich abgegeben werden De Mirar omg Damm int ar reen vor Hetm rerrs geuatwt Der Pboiwvaituii Anisgenszu furen er reisist reg dann dw Arnage nan den setz Angeln der Technik zu eisien Photo rotaik Aniagempas Auspade 11 2000 Diece F eoforobuk Artgztrrt rt
290. nd Qualit t bei Photovoltaik Risiken und Fehler F r die Entwicklung und die Ausbreitung eines Brandes sind neben den konstruktiven Eigenschaften z B Abst nde die Materialeigenschaften der beteiligten Komponenten entscheidend Hier bestimmen verschiedene Faktoren wie Feuerwiderstand selbstst ndiges Weiterbrennen oder Weiter schwelen oder das m gliche Abtropfen brennender Teile die Geschwindigkeit der Ausbreitung und letztlich die Auswirkungen eines Brandes Da polymere Materialien einen signifikanten Anteil an einem PV Modul haben sind insbesondere deren Eigenschaften von gro em Einfluss auf das Brandverhalten Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden zwei verschiedene Szenarien der Brandentstehung bei PV Br nden untersucht 1 Brand im oder am Geb ude und bergriff auf die installierte DV Anlage 2 PV Anlage als Ausl ser eines Brandes infolge von berhitzungen mit Verschmorungen oder Entstehung eines Lichtbogens an defekten Kontaktstellen im Modul oder anderen Komponenten entsprechend der Schadensanalyse in Kapitel 3 3 Die Bewertung und die Anforderungen an die Materialeigenschaften differieren bei diesen Szenarien teilweise Letztlich sollten die Materialien allerdings allen Anforderungen so gut wie m glich gen gen W hrend in Kapitel 3 1 die Eigenschaften eines PV Modules hinsichtlich Widerstand gegen Feuer von au en betrachtet werden werden unter Kapitel 3 2 die Risiken zur Lichtbogenentstehung in einer PV Anlage an
291. nd Spannung ist erwartungsgem bei dem Dummy Versuch eine lineare Beziehung festzustellen die aber aufgrund des spannungsabh ngigen K rperwiderstandes des Menschen Tabelle 4 5 die Realit t nur grob ann hernd widergibt Bei der gegebenen Versuchsanordnung mit den gegebenen Widerst nden wurde der gef hrliche Bereich schon ab einer Spannung von 75 V erreicht Ein Erh hen der Entfernung zur spannungsf hrenden Leitung f hrte nur zu geringem Absinken des Stroms Bei 800 V betrug die Stromdifferenz zwischen den Werten bei einem Abstand 0 5 m und bei 2 m lediglich 70 mA das entspricht ca 3 Bei der Bewertung ist zu beachten dass in diesem Versuch der schlimmste Fall betrachtet wurde Der Erdleiter befindet au erhalb des Wassers sodass hier der gesamte Strom ber den Holz Dummy zur Erde flie t Anderenfalls w rden nur noch Teilmengen durch den menschlichen K rper flie en Aufgrund der H he der gemessenen Werte auch bei mehreren Metern Abstand bedeutet dies aber keine Entwarnung 139 Fazit F r die Einsatzkraft liegt in berfluteten Kellerr umen eine gravierende Stromschlag gef hrdung durch herabh ngende und besch digte DC Leitungen vor Bereits bei geringen Spannungen von ca 100 V kann gegebenenfalls ein gef hrlicher Stromfluss durch den K rper auftreten 4 5 1 9 Abschlie ende Diskussion Die Untersuchungen zur Leitf higkeit und m glichen Ableitstr men ber ein Strahlrohr haben gezeigt dass beim L schen
292. nden Absch rfungen Verstauchungen 2 m ig schwere Verletzungen z B Knochenbr che Verbrennungen 2 Grades 4 hoch lebensbedrohliche Verletzungen schwere bleibende Gesundheitssch den wie z B Querschnittsl hmung Erblindung etc 8 Extremfall Tod 109 Aus der Risikomatrix Tabelle 4 2 wird die Absch tzung des Risikos R anhand der Eintrittswahrscheinlichkeit W und der zu erwartenden gesundheitlichen Folgen F ersichtlich Quelle Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung DGUV 1 Tabelle 4 2 Risikomatrix der Feuerwehr In der Matrix l sst sich aus dem Schnittpunkt von Eintrittswahrscheinlichkeit W und Folgen F direkt die Risikogruppe EEE EEE zer EEE ablesen Tabelle 4 3 zeigt die ermittelten Risikogruppen und den daraus resultierenden Handlungsbedarf auf indem sie die Dringlichkeit und den Umfang der erforderlichen Ma nahmen vorgibt M gliche technische oder organisatorische Ma nahmen werden in Kapitel 6 beschrieben Tabelle 4 3 Risikogruppen und Handlungsbedarf Risikogruppe Risiko Ma nahmen 8 32 Ma nahmen mit erh hter Schutzwirkung dringend notwendig Ma nahmen mit normaler Schutzwirkung dringend notwendig Organisatorische und personenbezogene Ma nahmen ausreichend keine zus tzlichen Ma nahmen notwendig 110 4 2 Elektrische Gef hrdung f r Einsatzkr fte Gefahren durch einen elektrischen Schlag im Feuerwehreinsatz an PV Anlagen sind bei verschiedenen Szenarien zu ber cksic
293. nden Zahlen beschrieben Installationsfehler und Produktfehler ragen als Ursache gegen ber u erem Einfluss stark hervor Der Anteil der Fehlerf lle bei denen in der jeweiligen Kategorie Aluminium Leitungen beteiligt waren sind schon als Installations oder Planungsfehler erfasst und werden der Deutlichkeit halber schraffiert dargestellt und mit den innenliegenden Zahlen beschrieben 10 36 SS Produktfehler Planungsfehler E Installationsfehler E u erer Einfluss Z Alu beteiligt 56 Bild 3 13 Anzahl der Schadensursachen f r mehr als 100 F lle Im Folgenden werden die Ursachen genauer erl utert Produktfehler betreffen vor allem Module und Wechselrichter Mehrere Modulhersteller waren in der Vergangenheit von Serienfehlern betroffen Zum Teil hat es R ckruf und Austauschaktionen gegeben Auch Wechselrichter scheinen teilweise serienm ig mit Konstruktions oder Fertigungsfehlern ausgefallen zu sein Planungsfehler betreffen einerseits den mechanischen Aufbau mit Fehlern wie e zu dicht montierte Module die durch Zw ngung brachen und dabei Lichtbogen z ndeten e Scherkr fte auf Modulanschlussdosen durch zu nahe liegende Montageschienen besch digten die Dosen und f hrten zu Lichtb gen e ungesch tzte Montage von Generatoranschlussk sten und Wechselrichtern im Freien mit daraus folgender Temperatur und Tauwasser Belastung f hrte zum Brand dieser Komponenten e fehlende Brandschotts bei de
294. nden lang andauernden Gesundheitseffekten oder fluchtbehindernden Wirkungen AEGL 3 ERPG 3 Schwelle zur lebensbedrohlichen oder t dl chen Wirkung F r Betrachtungen von Schadstoffkonzentrationen wird die Stufe 2 als relevant genutzt Weitere Bewertungsreihen sind in Deutschland beispielsweise die MAK Max Arbeitsplatzkonzentra tion f r 8h Arbeitstag und 40h Woche und die ETW Einsatztoleranzwerte f r Feuerwehren f r 4h Expositionszeit 63 International liegen diverse weitere Beurteilungswerte vor stellvertretend sollen ERPG Emergency Response Planning Guidelines und PAC Protective Action Criteria an dieser Stelle genannt werden Die PAC Werte stellen dabei eine Sammlung vorhandener Grenzwerte in festgelegter Priorisierung der Listen dar 4 6 5 2 Feste Schadstoffe In der Bundes Bodenschutz und Altlastenverordnung 64 Anhang 2 sind Pr fwerte f r die direkte Aufnahme von Schadstoffen in den Boden definiert Es werden verschiedene Kategorien aufgef hrt wie Spielfl chen Wohngebiete Parks oder Gewerbegebiete F r die Betrachtungen im Rahmen dieser Untersuchungen wurde zum Vergleich die Kategorie Wohngebiete verwendet 4 6 5 3 Schadstoffe im L schwasser F r die Beurteilung von Schadstoffanteilen im L schwasser fehlen direkt vergleichbare Grenzwerte Zur Absch tzung welche Konzentrationen bei fl ssigen Schadstoffeintr gen kritisch zu bewerten sind wurde die Kl rschlammverordnung in der Landwirtschaft AbfKl r
295. ndende Leitfaden aus dem Bauwesen Da Baurecht in Deutschland L nderrecht ist gelten entsprechend analog die 16 LBOs der Bundesl nder mit ihren Anforderungen und Definitionen Der vorbeugende Brandschutz muss als Summer aller Ma nahmen verstanden werden der der Entstehung und Ausbreitung eines Brandes vorbeugt In 61 der MBO Artikel 2 Satz b steht Solarenergieanlagen und Sonnenkollektoren in und an Dach und Au enwandfl chen sowie geb udeunabh ngig mit einer H he bis zu 3 m und einer Gesamtl nge bis zu 9 m sind verfahrensfreie Bauvorhaben Solaranlagen geh ren nach der MBO zu den Anlagen der technischen Geb udeausr stung Verfahrensfrei hei t nicht dass die Vorgaben der MBO bzw LBOs nicht gelten im Gegenteil das Baurecht Brandschutz Abstandsfl chen Denkmalschutzbestimmungen Vorschriften zu Bauprodukten und Bauarten Statik und Standsicherheit sowie Verkehrssicherheit sind einzuhalten Das bedeutet folglich dass sich die Menge aller Ma nahmen zum vorbeugenden Brandschutz ber viele Anforderungen aus der Installation Materialauswahl und den Betrieb der Anlage allgemeinen und spezifischen Anforderungen zusammensetzt Einhaltung der Bau und Installationsvorschriften Bauordnung der L nder Beratung bei Fachbeh rden zum Bau und brandschutzrelevanten Anforderungen einholen sorgf ltige Planung mit Fachpersonal hochwertiges Material und Komponenten fachgerechte Ausf hrung und Abnahme Wartung der Anla
296. nder korrelieren Folglich macht ein h her aufl sendes Detektionsverfahren Sinn Bild 5 9 Vergleich EL und IR Aufnahme an einem gealterten Modul Hier sind eindeutig die Zellbeeintr chtigungen vor allem an den Zell berg ngen feststellbar Eine 100 Korrelation zwischen IR und EL gelingt jedoch nicht 23 In Versuchsreihen wurde ber ein induktives Verfahren die Stromtragf higkeit der Zellverbinder am oben dargestellten Modul durch eine strangweiser Einkopplung eines hochfrequenten Stroms ber einen Funktionsgenerator gemessen Jeweils an den Zell berg ngen wurden die Bus Bars mit einem Sensor gemessen und deren Eigenschaften nach der Alterungspr fung untersucht Der Sensor besteht grundlegend aus einer Spule mit der aufgrund des Wechselfeldes induktiv Spannungen induziert werden die wiederum an einem Oszilloskop ausgelesen wurden Bild 5 10 zeigt dabei die durch die Strangstr me in den Zellverbindern induzierten Spannungen im induktiven Sensor Zahlen bezeichnen relative Gr en proportional zum Strangstrom Hieraus sind sehr eindeutig die Unterschiede in den Stromfl ssen der Verbinder erkennbar 191 normaler Stromfluss Eo E g E 5 geringer Stromfluss starker Stromfluss ne Busbars Zellen Bild 5 10 Durch den Strangstrom in den Zellverbindern im Sensor induzierte Spannung relative Gr en proportional zum Strangstrom 28 Aus diesen Versuchen l sst sich der Vorschlag ableiten mit gleicher Verfahre
297. ndere Einbausituationen k nnen Lichtbogendetektoren mit Abschalteinrichtung eine zus tzliche Sicherheit bieten Bei diesen Ger ten ist hinsichtlich Zuverl ssigkeit und Langlebigkeit noch Entwicklungsarbeit erforderlich PV Anlagen stellen f r Feuerwehreinsatzkr fte bei Einhaltung der Sicherheitsabst nde wie bei anderen unter Spannung stehenden elektrischen Anlagen auch keine besondere Gef hrdung dar Eine elementare und wirkungsvolle Schutzma nahme f r die Feuerwehren ist die gut sichtbare Kennzeichnung dass eine PV Anlage auf dem Geb ude installiert ist 254 8 Anhang Liste der Fachver ffentlichungen aus dem Projekt Fire Safety at PV Systems Fire Prevention and Fire Fighting 15 02 2011 Photon PV Safety Conference San Francisco USA F Reil Normanforderungen zur Brandsicherheit sowie erweiterte Ma nahmen zur Brandvorbeugung und bek mpfung 18 02 2011 1 PV Anwenderkonferenz K ln F Reil Normanforderungen zur Brandsicherheit sowie erweiterte Ma nahmen zur Brandvorbeugung und bek mpfung 18 03 2011 Argesolar Praxis Workshop Saarbr cken F Reil German Research Project Fire Safety Risks at PV Systems and Risk Minimization 12 04 2011 Photon PV Safety Conference Berlin F Reil Brandschutz an PV Anlagen Aktuelle Normanforderungen und Forschungsaktivit ten 14 04 2011 PV Komponenten Workshop K ln F Reil Normanforderungen f r den Brandschutz von PV Anlagen und Ausblick 17 05 2011 Bau
298. ne bzw DIN EN IEC 61646 f r D nnschichtmodule festgelegt und beinhalten umfangreiche Alterungs und Belastungstests Neben der Widerstandsf higkeit gegen Temperaturschwankungen UV Strahlung Feuchtigkeit Wind und andere mechanische Einfl sse werden die Module auch elektrisch charakterisiert Die berpr fung der Sicherheitsaspekte erfolgt unabh ngig von der Zelltechnologie nach DIN EN 61730 1 und DIN EN 61730 2 Teil 1 beschreibt hierbei die Design und Materialanforderungen Teil 2 beschreibt die Pr fungen die an nach DIN EN IEC 61215 bzw DIN EN IEC 61646 vorgealterten Modulen durchgef hrt werden Hierbei werden diese weiteren Belastungstests unterzogen die mechanische Beanspruchung Feuertests und versch rfte Isolationswiderstandsmessungen beinhalten Eine Bauartzertifiziercung nach DIN EN 61730 bildet die Grundlage f r eine CE Kennzeichnung von PV Modulen f r den Europ ischen Markt Module die die Anforderungen der Klasse A nach DIN EN 61730 1 2004 erf llen gelten als Betriebsmittel der Schutzklasse Il nach DIN EN 61140 Das G tesiegel nach RAL GZ 966 wird dann vergeben wenn die RAL G te und Pr fbestimmungen f r Sonnenenergie Anlagen eingehalten werden Diese regeln als Satz von Qualit tskennzeichen und G tekriterien die Sollbestimmungen f r die Herstellung von hochwertigen Komponenten sowie f r die sachgerechte Konzeption die fachgerechte Ausf hrung sowie f r den Service und Betrieb von Solarenergien Anlagen Photovolt
299. nen besonders effektiv mithilfe einer Infrarotkamera aufgefunden werden Damit k nnen sowohl die Module als auch die BOS Komponenten berpr ft und berm ig erhitzte Bauteile rechtzeitig ausgetauscht werden In PV Anlagen eingebaute DC Schalter werden blicherweise nur im Fehlerfall bet tigt L uft die Anlage normal befinden sie sich immer im eingeschalteten Zustand Schalter haben aber vielfach die Eigenschaft dass sich ihr bergangswiderstand bei langer Nichtbet tigung deutlich erh ht Dies kann dann zu Erhitzungen f hren die wiederum langfristig zu Lichtb gen werden k nnen So kann ein eigentlich als Sicherheitselement vorgesehener Schalter durchaus Br nde ausl sen wenn man ihn nicht regelm ig wartet Einige Schalterhersteller empfehlen ihre DC Schalter einmal j hrlich zehnmal nacheinander zu bet tigen Dadurch werden eventuell auftretende Oxidbel ge abgerieben und der bergangswiderstand verringert sich deutlich 72 Au erdem kann so verhindert werden dass die Kontakte eines Schalters bei Bet tigung kleben bleiben Diese Ma nahme wird f r alle mechanisch wirkenden DC Trennschalter dringend vorgeschlagen Ein wichtiges Ziel der Wartung einer PV Anlage stellt das Auffinden von defekten Bypassdioden dar Besonders offene Bypassdioden sind relativ schwer aufzufinden k nnen aber bei Auftreten eines zweiten Fehlers die Entstehung eines Lichtbogens beg nstigen Solange das Solarmodul fehlerfrei und unverschattet ist
300. nen echten Parallellichtbogen die gleichzeitige Besch digung zweier direkt nebeneinander liegender Hauptleitungsstr nge sowie ein initialer Kontakt zur Lichtbogenz ndung n tig Ein doppelter Fehler gegen Erde wiederum ist bei modernen Wechselrichtern kaum m glich da diese durch ihre Isolations berwachung bereits den ersten Erdschluss bemerken und das System abschalten 50 Wesentlich wahrscheinlicher ist das Auftreten eines Serienlichtbogens In einer typischen PV Anlage gibt es unz hlige serielle Verbindungsstellen z B im Modul zwischen den einzelnen Zellen an den Strangverbindern und in der Modulanschlussdose au erhalb des Moduls in Anschlussk sten Steckverbindern oder innerhalb des Wechselrichters Ist eine dieser Verbindungen schlecht ausgef hrt oder verschlechtert sich im Laufe der Betriebszeit mit der Folge eines erh hten bergangswiderstands erw rmt sich diese Stelle bei Stromfluss eine berhitzte Stelle entsteht Durch die W rmeentwicklung kann weiteres Kontaktmaterial abdiffundieren oder sogar abschmelzen bis dann irgendwann die Verbindung v llig abrei t In diesem Fall kann sich ber den zu Beginn sehr kleinen Luftspalt ein Lichtbogen ausbilden Serienlichtb gen sind typischerweise energie rmer als Parallellichtb gen da weiterhin ein gro er Teil der Spannung ber dem Wechselrichter abf llt und sie h ufig nur in einem von mehreren parallelen Str ngen auftreten Dadurch sind sie aber auch viel schwerer
301. nes Moderators die Komponenten eines Gesamtsystems oder auch nur eine einzelne Komponenten im Detail betrachtet Die Bewertung des Risikos stellt dabei eine Mischung aus langj hriger Erfahrung faktischem Wissen aber auch Bauchgef hl dar Kontroverse Bewertungen werden ausdiskutiert letztlich muss sich das Team auf einen gemeinsamen Risikowert einigen Das Risiko wird nach drei Kriterien beurteilt die mit A B und E bezeichnet werden Jedes dieser Kriterien wird auf einer ganzzahligen Skala von 1 bis 10 anhand eines spezifischen Kataloges bewertet wobei 10 das jeweils h chste Risiko bedeutet Tabelle 3 3 A beschreibt die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Fehlers B beschreibt die Bedeutung eines Fehlers also welche Konsequenzen er mit sich bringt E beschreibt die Entdeckungswahrscheinlichkeit besser gesagt die Nicht Entdeckungswahrschein lichkeit mit dem Faktor 10 wird demnach ein nicht detektierbarer Fehler bewertet 101 Tabelle 3 3 Spezifischer Bewertungskatalog f r die Analyse eines PV Systems on Brandausl sewa hrscheinlichkeit SC Auftrittswahrscheinlichkeit Entdeckungswahrscheinlichkeit der Komponente Vemachl seigbar Sehr hoch z B Ausfolldes Systems theoretisch ist eine Brandentstehun 2 sehr zuverl ssige System uberwachung m glich praktsch ne beobachtet Entfernt vorstellbar Brandentstehung ist unter Fehlererkennung gt wurde bereits beohochtet bestimmten Bedingun
302. nge sind insbesondere das Einbettungsmaterial und die R ckseitenfolie bedeutsam F r die Entstehung der Schadstoffe Kohlenmonoxid Chlorwasserstoff Benzol Cyanwasserstoff Formaldehyd Styrol und Fluorwasserstoff aus Polymeren wurden die nachstehenden maximalen 163 Entstehungsraten zugrunde gelegt 62 Die gesch tzten maximalen Entstehungskonzentrationen im Nahbereich von 10 20 m vgl Tabelle 4 24 wurden daraus abgeleitet Tabelle 4 23 Maximale Freisetzungsraten f r Polymere im Brandfall mg g Polymer ng g Polymer co alle 580 HCN PAN 25 in ABS 101 25 HCN Polyamide 60 HCI PVC 284 Benzol PVC 24 PCCD PVC Formaldehyd PE 7 Styrol PS 50 in ABS 710 355 Der Anteil an Polymeren in kristallinen Si Modulen liegt bei 5 10 entsprechend 500 1 500 g m Dieser setzt sich zusammen aus dem Polymer EVA Einbettungsfolie und PET PVF R ckseitenfolie Beim Einsatz dieser Folien sind vor allem Emissionen von CO und Formaldehyd als Leitsubstanzen zu erwarten Hinzu kommt noch die Freisetzung von Fluorwasserstoff aufgrund des Fluor Anteils im PVF falls verwendet Unter der Annahme einer PV Fl che von 50 m sind insgesamt 25 75 kg Polymer betroffen die abgesch tzt zu den nachstehenden Maximalkonzentrationen ausgew hlter toxischer Stoffe im Nahbereich f hren k nnen Als toxikologischer Grenzwert wurde hier der Einsatztoleranzwert ETW angegeben Auf bestehende Grenzwerte wird im Kapitel 4 6 5 eingega
303. ngen Tabelle 4 24 Maximalkonzentrationen im Nahbereich Komponente Konzentration mg m ETW Wert 25 kg Polymer 50 kg Polymer 75 kg Polymer mg m CO 100 300 38 Formaldehyd 1 3 3 8 1 25 HF 25 10 Die theoretisch m glichen CO Konzentrationen k nnen im Nahbereich toxikologische Grenzwerte deutlich berschreiten Die maximal zu erwartenden Konzentrationen f r die Komponenten Formaldehyd und Fluorwasserstoff liegen ebenfalls erh ht im Bereich des zwei bis dreifachen ETW Wertes Durch die verbauten Kabel mit Steckern und Dosen tragen zus tzliche Polymere bei Altanlagen u U chlorhaltiges PVC oder stickstoffhaltiges ABS zur Rauchgasentstehung bei bei 50 m Modulfl che sind dies etwa 5 kg Polymere Diese Mengen reichen nicht aus um die entsprechenden ETW Werte der ggf auftretenden Substanzen von HCI HCN Benzol oder PCCD F Dosen zu berschreiten 164 4 6 5 Toxikologische Grenzwerte 4 6 5 1 Rauchgase Die gegenw rtig wichtigsten Beurteilungswerte f r Gefahrensituationen stellen die AEGL Werte Acute Exposure Guideline Levels dar Es handelt sich hierbei um St rfallbeurteilungswerte nach 12 BIMSCHV Sie sind jeweils f r verschiedene Expositionszeiten deklariert 10 min 30 min 1h 4h 8h F r die St rfallbeurteilungswerte sind jeweils 3 Stufen definiert die folgende Auswirkungsgrade beschreiben 51 AEGL VERPG 1 Schwelle zum sp rbaren Unwohlsein AEGL 2 ERFG 2 Schwelle zu irreversiblen oder anderen schwerwiege
304. ngen aus dem Erneuerbaren Energien Gesetz EEG f r die wichtigsten PV System Komponenten aufgef hrt Ein Grund f r Installationsfehler neben vielen anderen liegt darin dass Unterlagen der Hersteller oftmals unzureichend sind oder keine Hinweise auf m gliche Gefahrenquellen enthalten In einer bersicht wird dargestellt welche Informationen typischerweise aktuell von den Herstellern bereitgestellt werden und welche Informationen dar ber hinaus w nschenswert sind Weiterhin werden Richtlinien und spezielle Anschlussbedingungen aus der Energiewirtschaft aufgef hrt 1 3 1 Normen Vorschriften und Richtlinien In Bezug auf Photovoltaiksysteme ist zwischen Normen zu unterscheiden die allgemein g ltig und damit auch auf PV Anlagen zu beziehen sind und solchen die speziell f r PV Anlagen entwickelt wurden Die wichtigste Normenreihe f r Niederspannungsanlagen im Allgemeinen ist die DIN VDE 0100 die auf der europ ischen Niederspannungsrichtlinie beruht Die meisten speziell auf PV Systeme bezogenen Normen sind in der Normenreihe DIN VDE 0126 zusammengefasst Neben den Normen gibt es weiterf hrend die Anwendunggsrichtlinien des VDE die Richtlinien des BDEW insbesondere die Mittelspannungsrichtlinie und die Unfallverh tungsvorschriften der Berufsgenossenschaften Durch das Deutsche Institut f r Bautechnik DIBt wurde ein Hinweispapier f r die Montage und Errichtung von PV Anlagen ver ffentlicht und bautechnische Regelungen in der
305. ngsmessger ten aufgebracht werden Die Ger te ben tigen eine regelm ige berpr fung und Kalibrierung sowie Systematik in der Wartung um Messungenauigkeiten entsprechend gering zu halten 239 Durch Korrelation der Wetterdaten mit den Anlagenparametern k nnen Leistungskennwerte ermittelt und analysiert werden Ein weit verbreiteter Kennwert ist die sogenannte Performance Ratio PR die das Verh ltnis von eingespeister Energie zur Einstrahlungsenergie widergibt und damit einen Ma stab zur Effizienz der PV Anlage darstellt Je nachdem wie detailliert die Parametererfassung erfolgt k nnen Probleme verschiedenen Ausma es erkannt werden So kann z B durch eine Stringstrom berwachung ein Ausfall oder auch eine signifikante Leistungsabnahme im String schnell erkannt und lokalisiert werden Mittels Relativ Vergleich mit anderen Strings werden Abweichungen detektiert Auch Probleme bei einzelnen Wechselrichtern z B sp teres Anfahren oder zwischenzeitliche Ausf lle lassen sich so erkennen Bei gro en Anlagen sind h ufig mehrere Strings zur Datenerfassung zusammengefasst Am Markt sind vielf ltige L sungen verf gbar In Bild 5 43 ist beispielhaft ein Stringmonitoring dargestellt hier k nnen die zeitlichen Verl ufe aller Stringsstr me in verschiedenen Aufl sungen Zeitr ume eines Wechselrichters angezeigt und analysiert werden EEES I Bild 5 43 Beispiel f r ein Online Monitoring Portal mit Strin
306. ngswert f r eine PV Anlage h ngt von der Strangl nge und den Leistungsdaten der verwendeten PV Module ab Bei kleinen und mittleren PV Anlagen wie Sie blicherweise auf Geb uden installiert werden ist im Allgemeinen mit Systemspannungen deutlich lt 1000 V zu rechnen Zwecks allgemein g ltiger Ergebnisse wurden f r die durchgef hrten Versuche 1000 V als dem derzeit maximal m glichen Wert eingesetzt Die Gef hrdungswirkung f r Personen geht allerdings nicht direkt von der Spannung sondern vom elektrischen Strom aus der den K rper aufgrund der Spannungsdifferenz durchstr mt Er kann physiologische physikalische und chemische Wirkungen hervorrufen abh ngig vom Stromweg durch den K rper der Stromst rke der Einwirkdauer und auch von der Stromart 120 4 5 1 2 Normativer Hintergrund zur Bewertung der Stromwirkung auf den Menschen 4 5 1 3 Stromst rke und Einwirkdauer Eine Beschreibung der Auswirkungen und eine Festlegung von Stufen zur Bewertung der Gefahren durch Stromeinwirkung auf den K rper in Abh ngigkeit von Stromst rke und dauer erfolgt in DIN IEC TS 60479 1 VDE V 0140 479 1 2007 5 Wirkung des elektrischen Stroms auf Menschen und Nutztiere Die aufgef hrten Grenzkurven in Bild 4 2 f r Gleichstrom und in Bild 4 3 f r Wechselstrom gelten f r den Stromweg von der linken Hand zu beiden F en bei einem angenommenen normalen Gesundheitszustand der Person e Ge e d ee D ZE NND Ir
307. nheit aufgetreten sind betrafen die verbauten Steckverbinder Sehr gef hrliche und leider gelegentlich auftretende Fehler betreffen unvollst ndiges Stecken oder die Kopplung von Steckern unterschiedlicher Hersteller Letzteres kann auftreten wenn Steckverbinder verschiedener Fabrikate mechanisch kompatibel sind Trotzdem kann hier der bergangswiderstand erh ht sein was zu einer zunehmenden Erw rmung und langfristigen Besch digung der Verbindung f hrt Bei der Ausf hrung von Verbindungen vor Ort ist auf passendes Werkzeug zu achten um den optimalen Anpressdruck zu gew hrleisten Andere Probleme bei der Verkabelung betreffen die ungeeignete Leitungsverlegung ohne ausreichende Befestigung ber scharfe Kanten hinweg eine Nichtbeachtung von minimalen Biegeradien oder die berbauung von Brandschutzabschnitten Um berschl ge von u U blitzstromf hrenden Leitern Blitzableitern zu den Komponenten und der Verkabelung einer PV Anlage zu vermeiden sollten mindestens 0 5 m Abstand gehalten werden s a Kapitel 3 5 1 Eine Berechnung des Mindest Trennungsabstandes ist in DIN EN 62305 3 VDE 0185 305 3 beschrieben Z hler Haupt verteilung vd M Funktionserdung des PV Montagegestells mit mind 6 mm Kupfer Bild 5 23 berspannungsschutzkonzept f r eine PV Anlage mit u erem Blitzschutz mit Trennungsabstand s Quelle Dehn Blitzplaner 70 Dies betrifft jedoch nicht den Potentialausgleichsleiter dieser sollte
308. nischen Anschlussbedingungen oder nach den Herstelleranweisungen zum Schutz von PV Modulen ausgelegt sein Ein Gleichstrom Lasttrennschalter auf der Gleichstromseite des Wechselrichters ist einzubauen Sind Strangdioden eingebaut muss ihre Sperrspannung mindestens 2 x UOC bei STC des PV Strangs betragen Schutzbeschaltungen z B berspannungsschutz parallel geschalteter Snubber Kondensator sind zwar un blich sollten aber in Erw gung gezogen werden Ist ein Gleichstromleiter geerdet muss mindestens eine einfache Trennung zwischen Wechselstrom und Gileichstromseite bestehen Die Erdanschl sse m ssen korrosionsgesch tzt sein Sind Schutzpotenzialausgleichsleiter errichtet m ssen diese parallel und in m glichst engem Abstand zu den DC und AC Kabeln Leitungen und dem Zubeh r errichtet werden gegen berspannung Die Fl che aller Verdrahtungsschleifen muss so klein wie m glich gehalten sein um durch Blitzeinschlag induzierte Spannungen zu verringern Existierende Schutzpotenzialausgleichsleiter des PV Generatorgestells m ssen geerdet sein Diese Leiter m ssen parallel und in m glichst engem Kontakt zu den Gleichstromkabeln liegen Die Modulranmen m ssen nicht einzeln geerdet werden 210 Das Wechselstromsystem ist im Allgemeinen nach den Anforderungen gem IEC 60364 und im Besonderen nach den Anforderungen gem DIN VDE 0100 712 ausgelegt ausgew hlt und errichtet worden e Auf der Wechselstromseite muss e
309. nmeldungen der PV Anlagen w ren dazu prinzipiell geeignet Eine entsprechende Anfrage von der Projektgruppe wurde jedoch von der Bundesnetzagentur abgewiesen Auch die Zusammenf hrung und Auswertung aller Anlagenmeldungen der Netzbetreiber auf den Internetseiten der DGS www energymap info csv Datei mit Adressdaten aller gemeldeten EEG Anlagen in Deutschland w re prinzipiell geeignet Allerdings m sste noch eine geeignete Online Oberfl che zur Adresse und PLZ Suche erarbeitet werden Ein gr eres Problem besteht in der mangelnden Aktualit t und den fehlende Adressdaten Die Meldung der Netzbetreiber erfolgt bis zu 18 Monaten nach Inbetriebnahme ber 10 000 Anlagen enthalten derzeit keine Adressdaten Die Adressen geben zumeist den Netzanschlusspunkt an der u U nicht mit dem Anlagenstandort bereinstimmt Alle Daten m ssten gepr ft werden oder besser Netzbetreiber dazu gedr ngt werden ihrer gesetzlichen Pflicht EEG S 52 ordnungsgem nach zu kommen 247 6 Ma nahmen zur Erh hung der Einsatzsicherheit f r Rettungs kr fte 6 1 Anlagenkennzeichnung PV Anlagen auf dem Dach sind insbesondere bei einer starken Rauchentwicklung nicht immer sofort sichtbar Aktuell steht keine zentrale Datei mit zeitnaher Erfassung aller installierten PV Anlagen zur Verf gung Es muss daher an der Einsatzstelle selbst eine schnelle und klare Information f r die Feuerwehren und andere Rettungskr fte sichergestellt werden Eine Kennzei
310. nn selbst wenn die Stecker zweier unterschiedlicher Hersteller mechanisch zusammenpassen ist der elektrische bergangswiderstand m glicherweise deutlich erh ht was zu einer starken Erw rmung der Komponente f hrt Bild 3 48 Teilweise sind sogar F lschungen von Steckverbinder Modellen der Markenhersteller aufgetaucht Die Qualit t solcher Produkte ist zweifelhaft und bei einem Verdacht auf F lschung sollten die Steckverbinder keinesfalls verwendet werden Bild 3 48 Ergebnis der Paarung von Steckverbindern unterschiedlicher Hersteller 33 89 M ssen Steckverbinder im Feld auf Kabel gekrimpt werden um den Anschluss zu erm glichen muss unbedingt eine vom Hersteller des Steckers benannte Krimpzange mit genau definiertem Anpressdruck verwendet werden Nur so kann eine gasdichte dauerhafte Verbindungsstelle garantiert werden Bild 3 49 d Bild 3 49 Vergleich Korrektes und inkorrektes Krimpen im Feld 33 3 5 2 2 Leitungen und Leitungsverlegung W hrend Serienlichtb gen haupts chlich an Kontakt und Verbindungsstellen auftreten kann durch schadhafte Kabel ein sehr energiereicher Parallellichtbogen entstehen wenn dieser eine leitf hige Verbindung zwischen Plus und Minuspol oder bei geerdetem Solargenerator zwischen dem ungeerdeten Pol und einem auf Erdpotential liegenden Gegenstand herstellen kann Dies kann haupts chlich dann auftreten wenn die Isolierung der Kabel besch digt ist Als Ma nahme zur Vermeidung
311. nner unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen verursacht Diese Messwerte wurden von den eigentlichen Messergebnissen subtrahiett so dass sich aufgef hrten Versuchsergebnisse ausschlie lich auf die Emissionen der PV Module beziehen Rauchgasanalyse Zur Bestimmung von Arsen Blei Cadmium und Selen wurde ein Teilstrom des Abluftstroms durch ein Filtersystem und anschlie end durch ein Sorbens geleitet Die Analyse erfolgte durch ICP MS Die im Abschnitt 4 aufgef hrten Messergebnisse entsprechen der Summe der partikelgebundenen und der fiiterg ngigen Anteile Die Analyse der Gaskomponenten mit Ausnahme von Formaldehyd erfolgte zeitkontinuierlich mit einem an das Abluftrohr des Abzugsystems angeschlossenen FTIR Spektrometer Im Abschnitt 4 sind die ber die Versuchsdauer gemittelten Konzentrationswerte angegeben Zur Bestimmung von Formaldehyd wurde eine Absorptionskartusche verwendet die Analyse erfolgte durch HPLC Brandr ckstandsanalyse Die Brandr ckst nde bestanden aus besch digten abgefallenen Modulteilen die sich im Versuchsverlauf auf der Tr gerplatte des Pr fgestells und in der darunter angeordneten Auffangwanne sammelten Die Brandr ckst nde wurden zun chst zusammengekehrt und 168 durchmischt Hieraus wurden zwei Proben entnommen und mit einer Schneidm hle zerkleinert Die Bestimmung des Arsen Blei Cadmium und Selengehalts erfolgte mit ICP MS L schwasseranalyse Nach Durchmischung des in der Auffangw
312. nnett Sepanski Florian Reil Willi Vaa en Dr Eckart Janknecht Uwe Hupach Dr Nicolas Bogdanski Bettina van Heeckeren Fraunhofer Institut f r Solare Energiesysteme ISE Dr Heribert Schmidt Georg Bopp Hermann Laukamp Robin Grab Severin Philipp Branddirektion M nchen Horst Thiem Josef Huber DGS Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie e V Ralf Haselhuhn Berner Fachhochschule BFH Prof em Dr Heinrich H berlin Energiebau Solarstromsysteme GmbH Andreas Krutzke Benedikt Neu Armin Richter Currenta GmbH amp Co OHG Dr Bj rn Bansemer Michael Halfmann Danksagung Der besondere Dank des Projektteams gilt dem Projekttr ger J lich PTJ f r die Unterst tzung des Forschungsvorhabens Durch die engagierte Arbeit der zust ndigen Verantwortlichen des PTJ Herrn Jochen Viehweg und Herrn Dr Klaus Prume konnte die umfassende Bearbeitung des Themas Brandrisiken und Brandsicherheit bei PV Anlagen mit der hier vorliegenden Zusammenfassung der Arbeiten und Erkenntnisse in Form eines Leitfadens realisiert werden Weiterhin bedankt sich das Projektteam f r den fachlichen Austausch mit Kollegen und Kolleginnen der Firmen bzw Institutionen der Verbundpartner und den Vertretern der deutschen Solarindustrie bei deren Expertise sowie der Deutschen Gesellschaft f r Sonnenenergie DGS und dem Bundesverband Solarwirtschaft f r Ihre vielf ltigen Aktivit ten im Rahmen des Forschungsprojektes Ein herzliches Dankesch n
313. nsweise ein Inlineverfahren f r die Modulproduktion zu erproben und einzusetzen Basierend auf dem induktiven Messverfahren lie en sich so ber einem F rderband parallel detektierende Sensoren platzieren die w hrend eines Zwischenschritts beispielsweise vor oder nach der Lamination die Leitf higkeit und G te der L tverbindungen in Abh ngigkeit der Position untersuchen Bild 5 11 zeigt diesen Aufbau schematisch Impedanz Sensoren DAQS X Sensor x Bewegungs Richtung des Moduls Obere Toleranzgrenze e Messgr e br Untere Toleranzgrenze X Bild 5 11 Inlineverfahren zur Detektion von Zellverbindungsfehlern 66 Nach den erfolgten grundlegenden erfolgreichen Versuchen sind nachfolgende Aspekte offen und werden f r weitere Untersuchungen innerhalb eines Entwicklungsprojekts empfohlen e Definition zul ssiger Grenzwerte der Abweichungen e Korrelation mit anderen Messverfahren EL IR etc e Einfluss von Beleuchtung Stromfluss w hrend der Messung e Eignung f r andere Zell Modultechnologien z B R ckseiten Kontakt e Messstand mit mehreren Sensoren und Messwerterfassung aufbauen 192 e Kombination unterschiedlicher Verfahren erproben e Entwicklung einer intelligenten Software z B selbstlernend e Einbau und Erprobung von Prototypsystem in eine Modul Fertigungslinie e Umsetzung in Industrieprodukt mit Industriepartner Brandbeanspruchung v
314. nung vorliegen kann Damit befinden wir uns entsprechend der Ergebnisse der Studie vom Bayerischen Landesamt f r Umwelt 55 deutlich oberhalb beider dort angegebener Grenzwerte AEGL 2 f r 30 min und auch f r 10 min Mildernd wirkt sich dagegen der thermische Einfluss bei der Schadstoffemission aus der im Brandfall f r eine gr ere Ausbreitung in die H he sorgt und in Bodenn he eine Entlastung bringt Wie gro dieser Einfluss in der Praxis ist h ngt von den konkreten Brandeigenschaften und den jeweiligen Umgebungs und Wetterbedingungen ab und ist aufgrund der Komplexit t der Einfl sse kaum quantifizierbar Zusammenfassung Bisherige Untersuchungen zum Thema Emissionen im Schadens und speziell im Brandfall zeigen nur geringe Emissionsraten von toxischen Gasen oder Ru anteilen im Bereich bis max 6 des Schadstoffanteils im unbesch digten Modul Der gr te Teil der Schadstoffe wurde bei diesen Versuchen im geschmolzenen Glasanteil eingekapselt Die Ergebnisse von Rauchgasuntersuchungen 194 einerseits und Verteilungssimulationen anderseits stellten nach jeweiliger Verfassersicht kein signifikantes Risiko f r Mensch und Umwelt dar Das Thema Schadstoffemissionen im Brandfall kann trotz der positiven Ergebnisse bisheriger Arbeiten aus nachfolgenden Gr nden nicht als unkritisch abgehakt werden Bisherige Rauchgasuntersuchungen und R ckstandsanalysen wurden jeweils an kleinen Probek rpern mit nur wenigen Zentimetern Seit
315. nungen gt 100 m In Bild 4 32 ist exemplarisch eine typische Verteilung von Luftschadstoffen hier NO dargestellt Die Emissionsquelle ist hierbei eine stark befahrene Stra e aus einer Studie des sterreichischen Umweltbundesamtes 56 153 NO enacentrutinn ppb Annahme A 210 sia S i3 es o Wind aus o Eer 270 2 m s Dr V Le NO ppt g nl MW nR w A S o 3 wm l gp ad l X mn Total VO concentration ppb 120 UN 1356 144 152 1 108 176 Huigbt m z uss5 5 3538 g s io W n A a w a R wm mm aw Im 13 Up UR up L i 152 160 Ip 176 st pg i F i X im j Primary NO concentration pph Hoiphi omm he mn wm om mm a N S0 S8 me Im m e mpa Wi ell X dm Morh Lengt Suad bowi ramagrwan camaras 120 128 136 144 152 169 168 176 brmrynDp Bild 4 32 Beispielhafte Schadstoffkonzentration in Abh ngigkeit von Entfernung und H he Quelle Umweltbundesamt sterreich 56 Bei einer in diesem Beispiel eher geringen Windst rke ist in Windrichtung in 100 m Entfernung untere Grafik am Boden eine Luftschadstoff Konzentration von ca 10 ppb angegeben die durch einen Quellaussto von 50 ppb entsteht Im relevanten Abstandsbereich von ca 8 50 m Entfernung findet man die gesamte Bandbreite von Konzentrationen zwischen 50 und 10 ppb vor Das bedeutet dass im Nahbereich ein Mehrfaches in diesem Beispiel der 5 fache Wert der Schadstoffkonzentration in 100 m Entfer
316. odule und Dachoberfl che gelangen andererseits k nnten abtropfende Materialien vom Modul ungehindert auf die Bedachung fallen Bild 5 30 Links Elastomerbitumenunterlagsbahn EPS D mmplatten Bitumendampfsperrbahn mit neuem Gasbrenner Rechts PVC Dachabdichtungsbahn Steinwolle D mmplatten Bitumendampfsperrbahn Es gibt aktuell auch Aufst nderungssysteme die genau diesen Flugfeuereintrag verhindern z B durch R ckseitenw nde in der Konstruktion Ballastierung mittels Bekiesung Ferner k nnten nicht oder schwerentflammbare Unterlagen z B Schutzmatten zwischen Uhnterkonstruktion und der Bedachungsoberfl che eine Brandausbreitung verhindern bzw stark einschr nken Zur Beurteilung einer Eignung sind weitere Versuche notwendig und als sinnvoll eingestuft worden Unkritisch waren die Versuche zum Einsatz von PVC Flachdachbahnen im Zusammenwirkung mit Dachsteinen im dachparallelen Aufbau Hier beschr nkte sich die Zerst rung auf den Bereich des Z ndinitials ZN sl AA eil Gd Bild 5 31 Links Dachparalleler Aufbau mit Betondachsteinen und PV Modul Rechts Z ndinitial wurde zwischen Modul und Dachoberfl che platziert mr i L RER 3 Ke 5 e WK 3 k xb e bw A Bild 5 32 Ergebnis nach Pr fung Modul wurde zerst rt kein Durchbrand in Dachoberfl che 4 i T i d Ka e FE eng 228 Ebenso konnten bei den Versuchen zur Dachintegration keine kritischen Ergebnisse beobachtet werden so dass die aus de
317. olarwirtschaft BSW gesch tzten Marktanteilen mit etwa 70 Kapazit t auf Geb uden und etwa 30 im Freiland Weniger als ein Prozent der Kapazit t wird als geb udeintegrierte Indach Anlage ausgef hrt Zur Schadensstatistik tragen Anlagen mit geb udeintegrierten Modulen allerdings zu etwa 10 bei Bezogen auf alle F lle mit Geb udesch den treten geb udeintegrierte Anlagen deutlicher hervor Bild 3 12 zeigt eine Auswertung der F lle bei denen ein Geb ude besch digt oder zerst rt wurde und bei denen eine Information ber die Montageart des PV Generators gegeben war 55 a Aufdach Indach s Flachdach Bild 3 12 Schadensverteilung bei Schadensf llen mit besch digtem Geb ude Indach umfasst auch fassadenintegrierte Anlagen Basis 57 Sch den Bei einem BIPV Anteil von gesch tzt 1 an der installierten PV Kapazit t betr gt der Anteil der PV verursachten Br nde mit besch digtem Geb ude bei BIPV Anlagen etwa 20 Dies l sst sich dadurch erkl ren dass die Schutzwirkung der harten Bedachung der typischen Ziegeld cher entf llt Wenn eine berhitzung oder ein Lichtbogen in der PV Anlage auftritt ist die Z ndquelle bei Indach Anlagen schon im Geb ude Das hei t im Umkehrschluss dass dachintegrierte Anlagen mit besonders hoher Umsicht geplant und errichtet werden m ssen 3 3 2 2 Schadensursache Bild 3 13 zeigt die Verteilung der Schadensursachen f r 103 F lle Sie wird mit den au enliege
318. olle e Gegebenenfalls Standsicherheitsnachweis 232 Hilfreich sind weiterhin e Serviceadresse e Wartungsempfehlungen Der Eigent mer ist verpflichtet den ordnungsgem en Betrieb der Anlage zu berwachen Daher muss er geeignete Ma nahmen ergreifen Dies ist zum einen die berwachung der Betriebsparameter z B ber Statusanzeigen etc und zum anderen eine zweckm ige Wartung und Inspektion Diese Punkte werden in den nachfolgenden Kapiteln vertieft 5 5 1 Abnahme Eine PV Anlage bedarf wie jede bauliche Anlage einer Abnahme Die Abnahme erfolgt formal durch den Eigent mer oder Betreiber Da dieser meist nicht ber die entsprechenden Fachkenntnisse verf gt bertr gt er oft die Abnahme an entsprechende Firmen Fachfirmen Ingenieurb ros Pr finstitute etc oder zieht Fachleute hinzu Mit der Abnahme erkl rt der Eigent mer dass die Anlage in Art und Ausf hrung der vereinbarten Spezifikation entspricht vorbehaltlich verdeckter M ngel und die vertraglich geschuldeten Leistungen erbracht wurden Rechtlich ist sp testens damit die volle Begleichung der Forderung ber den vertragliche Lieferpreis des Anlagenerrichters f llig soweit keine abweichende Regelung getroffen wurde oder M ngel bestehen Des Weiteren bernimmt wie bereits im Kapitel Inbetriebnahme beschrieben der Eigent mer die Verantwortung f r den Betrieb der Anlage Folglich hat die Abnahme weitreichende Folgen f r den Eigent m
319. on besonderem Interesse sind hier sensibel genutzte Fl chen wie Kinderspielpl tze und Haus und Kleing rten In der Anlage 2 der Bundesbodenschutz und Altlastenverordnung 64 mit Aktualisierung in 2012 werden Pr fwerte f r die direkte Aufnahme von Schadstoffen in den Boden angegeben Diese Pr fwerte sind f r vier verschiedene Kategorien definiert Spielfl chen Wohngebiete Parks und Gewerbegebiete Zur Absch tzung des Risikos durch die im Laborversuch gemessenen toxischen R ckst nde insbesondere von Blei Cadmium und Arsen f r eine Bodenbelastung werden die Pr fwerte der Kategorie Wohngebiete herangezogen Die Aufbereitung der Modulr ckst nde f r die R ckstandsanalytik hat sich erwartungsgem auch aufgrund der Aussagen in anderen Arbeiten als sehr aufw ndig erwiesen Aufgrund der innomogenen Modulreste Bild 4 38 kann anhand der Versuche zwar keine allgemeing ltige Aussage abgeleitet werden aber die Brandr ckstandsanalyse erbrachte den Nachweis von Blei Cadmium Arsen und Selen bei allen untersuchten Testmustern der Technologien c Si CIS und CdTe 175 a 7 Bild 4 38 Brandr ckst nde von 2 CIGS Modulen AL Rahmen geschmolzenes Glas verbackene Kunststoffreste Ru und Asche Die festgestellten Schadstoffmengen variieren stark zwischen den untersuchten Testmustern der drei Technologien In den nachfolgenden Abbildungen sind f r die Stoffe Blei und Cadmium die Messwerte und der entsprechende Pr fwert nach BBodSch
320. on Anlagenteilen kann zu einer erheblichen Verletzung der Einsatzkr fte f hren den bei Br nden auftretenden Temperaturen bis zu 1000 C halten Untergestelle von PV Anlagen nicht stand Schmelzpunkt von Aluminium liegt bei 660 C Als Tr mmerschatten wird der Gefahrenbereich bezeichnet der durch herabst rzende Tr mmer getroffen werden kann In einem Schadensfall Brand Erdbeben Hochwasser Untersp lungen usw besteht im Tr mmerschatten Lebensgefahr Der Aufenthalt ist dort nur zur unmittelbaren Menschenrettung zur Abst tzung oder dem Einriss der Tr mmer vertretbar So kippen z B Giebelw nde leicht wenn die restliche Geb udestruktur geschw cht oder nicht mehr vorhanden ist 4 3 2 Absturz von Einsatzkr ften Im Einsatz kann ein Betreten des Daches und ggf auch der Module notwendig werden Besonders die glatten Oberfl chen der Module bergen eine erh hte Abrutsch bzw Absturzgefahr F r eine Belastung durch Betreten sind die Module generell nicht ausgelegt Bei teilgesch digten Dachkonstruktionen von Geb uden ist auch das Durchbrechen durch Module vorstellbar Gefahr Absturz einer Einsatzkraft Risikoma zahl UE Schutzziel Vermeidung eines Absturzes 116 Bemerkung Es ist davon auszugehen dass bei Dachfl chen ohne zus tzliche Sicherungs ma nahmen eine Absturzgefahr besteht Die PV Module f hren durch ihre Beschaffenheit zu einer Erh hung dieser Gefahr Ebenso ist das Verletzungsausma als hoch einzustufen da
321. on Komponenten Mit der Anwendung von Solarmodulen im und am Geb ude sind seit 2012 Solarmodule durch das DIBt mit Einschr nkungen zu geregelten Bauprodukten deklariert worden Hierzu z hlen geb udeadditive integrierte und unabh ngige PV Module mit einem Installationswinkel kleiner 75 und einer mechanisch gehaltenen Glasdeckfl che von max 2 m 67 Sind die Module in einem System dachintegriert verbaut d h sie ersetzen die u ere Dachhaut dann muss der Inverkehrbringer in Deutschland ein allgemeines bauaufsichtliches Pr fzeugnis ber die ausreichende Widerstandsf higkeit gegen ber Flugfeuer und strahlender W rme tragen 67 Nach den Landesbauordnungen gilt dass Bauprodukte normalentflammbar sein m ssen um im Geb ude verbaut werden zu d rfen Normalentflammbar bedeutet dabei den Anforderungen aus der EN 13501 1 mit mindestens Klasse E zu entsprechen Diese Entz ndbarkeitsklassifizierung beschreibt eine Testmethode bei der eine streichholzgro e Flamme an definierte Proben gef hrt wird um die Entz ndung zu untersuchen Bild 5 12 Pr fmethode zur Entflammbarkeit nach EN 13501 1 Die blichen Brandklassifizierungen denen die Module unterzogen werden stammen aus der amerikanischen UL 790 und beschreiben eine Pr fmethode f r D cher Die dort angewendeten Brandklassen sind hierzulande nicht bekannt und sollten daher um entsprechende Einstufungen erg nzt werden die dem anwendenden Handwerk eine bekannte Einsch tzun
322. onnern bei Gewitter vergleichbar ist Au erdem breitet sich durch die explosionsartige Ausbreitung der hei en Luft eine Druckwelle aus Ein St rlichtbogen von einigen Ampere erzeugt hingegen nur ein leises Knistern und keinen sp rbaren Druckunterschied Sowohl leitungsgebunden als auch durch die Luft sendet der Lichtbogen elektromagnetische Strahlung mit Frequenzen bis in den MHz Bereich aus Es gibt leider kein f r alle Lichtbogenarten charakteristisches Spektrum anhand dessen sich ein Lichtbogen in einer PV Anlage unter allen Umst nden sicher identifizieren l sst Eine Identifizierung kann aber aufgrund gewisser gemeinsamer Eigenschaften dieser Spektren erfolgen Das Vorgehen wird im Kapitel 5 3 5 Lichtbogendetektion beschrieben 40 2 2 Lichtbogenl schung Die Aufgabe einer Lichtbogenl scheinrichtung besteht darin die notwendige Energie zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens im stabilen Bereich zu vergr ern und somit einen Abriss der Lichtbogenstrecke zu erreichen In der Regel wird dies durch eine Erh hung der erforderlichen Lichtbogenspannung realisiert Folgende Ma nahmen finden in herk mmlichen Schaltelementen Anwendung e Verl ngerung der Lichtbogens ule e K hlung des Lichtbogens e Druck auf den Lichtbogen e Aufteilung des Lichtbogens Bild 2 3 zeigt schematisch wie diese Ma nahmen in einer Lichtbogenl scheinrichtung eingesetzt werden k nnen ER w Verl ngerung der Bogens ule a gr erer Kontakt
323. orf http www csp fraunhofer de presse und veranstaltungen details id 47 Scientific Comment of Fraunhofer to Life Cycle Assessement of CdTe Photovoltaics 28 02 2012 Online Available http www csp fraunhofer de presse und veranstaltungen details id 47 Zugriff am 19 09 2013 51 E Environmental Protection Agency Acute Exposure Guideline Levels AEGL http www epa gov oppt aegl pubs chemlist htm 52 P Sinha R Balas L Krueger Fate and Transport Evaluation of Potential Leaching and Fire Risks from CdTe PV 37th IEEE Photovoltaic Specialist Conference Seattle 2011 53 S Kr ger Rauchentwicklung Rauchgaszusammensetzung und Brandr ckstandsanalytik von PV Modulen im Brandfall Vortrag VDI Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung BAM Berlin 2011 54 K Sander et all STUDIE ZUR ENTWICKLUNG EINES R CKNAHME UND VERWERTUNGSSYSTEM F R PHOTOVOLTAISCHE PRODUKTE kopol EPIA BSW Solar 2007 55 J Beckmann A Mennenga Bayerisches Landesamt f r Umwelt BLU Berechnung von Immissionen beim Brand einer PV Anlage aus CdTe Modulen http www Ifu bayern de luft doc pvbraende pdf 2011 56 C Nagl W Spangl Fl chenhafte Darstellung Luftschadstoffe R umliche Variation der Schadstoffkonzentration Machbarkeitsstudie zur Berechnung der PM10 PM2 5 und NO2 Belastung in sterreich Umweltbundesamt sterreich 2007 57 H Saran T V Rheinland En
324. pelt die neben der sachgem en Installation auch Ma nahmen zur Wartung und Instandhaltung der Anlage fordern Die Vorgaben der Garantiebedingungen werden im Allgemeinen umgesetzt da ihre Nichtbeachtung das Erl schen der Herstellergarantie zur Folge hat Neben den Garantien der Hersteller gibt es noch die Gew hrleistung des Installateurs welche je nach Vertragsart zwei Kaufvertrag vier VOB oder f nf Werkvertrag Jahre gilt Dar ber hinaus geben auch viele Installateure weiterf hrende Leistungen zur Verkaufsf rderung Die Begriffe Gew hrleistung und Garantie werden dabei sehr unterschiedlich teilweise inkorrekt benutzt Beispielsweise spricht ein Hersteller in der deutschen bersetzung seiner Garantiebedingungen von einer Leistungsgew hrleistung auf seine Produkte Im Folgenden wird n her auf die Garantiebedingungen bei den einzelnen Komponenten eingegangen DC Komponenten sind dabei ausgeklammert da f r diese nur die zweij hrige gesetzliche Gew hrleistung besteht Die Listen der Hersteller erheben keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit stellen aber einen umfassenden Querschnitt durch den Markt da 1 4 1 1 PV Module Die Verpflichtungen der Hersteller ber die Modullebenszeit teilen sich in drei verschiedene Gew hrleistungs und Garantieanspr che auf Die gesetzliche Gew hrleistung gilt 24 Monate ab der Auslieferung des Moduls und umfasst Funktionalit t und Aussehen Dar ber hinaus gew hren alle Modulherstel
325. pelter Isolierung eingesetzt Zum Einsatz im Au enbereich sind Solarleitungen nach EN 50 618 bzw VDE AR E 2283 4 Kennzeichnung PV1 F zum Standard geworden Die im Au enbereich h ufig eingesetzte doppelt isolierte Gummischlauchleitung vom Leitungstyp HO7 RN F ist in der Standardausf hrung nur f r Betriebstemperaturen bis 60 C zugelassen und nicht UV best ndig Sie sollte deshalb nicht als Solarleitung verwendet werden Bei Alterung dieser Leitungen oder beim Einsatz anderer ungeeigneter Leitungen kann es zu Entstehung von Isolationsfehlern und Lichtb gen kommen 1 2 Kategorisierung verschiedener PV Anlagen Prinzipiell lassen sich PV Anlagen in Freifl chenanlagen und Geb udeanlagen einteilen Die Geb udeanlagen lassen sich in dachparallel aufgest nderte Anlagen auf dem Schr gdach aufgest nderte Anlagen auf dem Flachdach bzw selten auf dem Schr gdach dachintegrierte Anlagen und PV Vorhangfassaden sowie fassaden integrierte Anlagen aufteilen Die dachparallelen Anlagen umfassen h ufig die gr ten zusammenh ngenden Modulfelder und k nnen ul die Brandbek mpfung st rker behindern Prinzipiell ist auf die Einhaltung der Brandabschnitte zu achten Eine berbauung von Brandabschnitten ist nicht zul ssig Tabelle 1 1 Kategorien PV Anlagen Freilandanlage Schr gdach dachparallele Anlage BIPV dachintegrierte PV Anlage Quelle Krug Immobilien GmbH Quelle www photovoltaik org Quelle Photovoltaik Buero
326. ponenten sind f r den Betrieb bei Gleichstrom und der h chstm glichen Spannung des Gileichstromsystems sowie f r den h chstm glichen Bemessungsstrom ausgelegt Schutz 209 Ein Schutz durch Anwendung der Schutzklasse Il oder einer gleichwertigen Isolation auf der Gleichstromseite ist realisiert PV Strangkabel PV Generator Kabel und PV Gleichstromhauptkabel sind so ausgew hlt und verbaut dass das Risiko von Erdschl ssen und Kurzschl ssen auf ein Minimum verringert ist dies wird blicherweise mit der Anwendung von Kabeln mit Schutzisolierung und verst rkter Isolierung h ufig als doppelte Isolierung bezeichnet erreicht Das Verkabelungssystem ist so ausgew hlt und errichtet worden dass es den erwarteten u eren Einfl ssen wie Wind Eisbildung Temperatur und Sonneneinstrahlung standh lt F r Systeme ohne Strang berstrom Schutzeinrichtung sind die Strangkabel sicherheitshalber gr er zu bemessen als der auftretende theoretisch maximal m gliche R ckstrom Die Strangkabel m ssen so ausgelegt sein dass sie den h chsten zusammengefassten R ckstrom der Parallelstr nge aufnehmen k nnen Eine Parallelschaltung von Str ngen darf nur bei gleicher Strangpolarit t und ann hernd gleicher Leerlaufspannung erfolgen sonst k nnen gef hrliche und nicht durch Schutzsysteme beherrschbare Fehler auftreten Bei Systemen mit Strang berstrom Schutzeinrichtung muss diese eingebaut und korrekt nach den rtlichen tech
327. pv brandsicherheit de die ermittelten Ergebnisse der Allgemeinheit und insbesondere den Einsatzkr ften zur Verf gung Spezielle Problemstellungen wurden bzw werden in eigenen weiterf hrenden Forschungsprojekten bearbeitet wie z B Brandtests bei BIPV Modulen Schalter und Trenner f r Photovoltaikanlagen Pr fung von Lichtbogendetektoren oder Risikobetrachtungen f r PV Systeme mit Speicherl sungen Akkumulatoren 1 Status Aufbau und Anforderungen an PV Anlagen 1 1 Aufbau von PV Systemen Ein Photovoltaik PV System wandelt mittels mehrerer elektrisch in Reihen Strings geschalteter Solarmodule Sonnenenergie direkt in elektrische Energie um Im Falle einer netzgekoppelten PV Anlage wird mit Hilfe von Wechselrichtern der in den Solarmodulen produzierte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und ggf ber Transformatoren in das Stromnetz eingespeist Bild 1 1 Netzgekoppelte PV Anlage mit Direkteinspeisung Die schematische Darstellung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer netzgekoppelten Photovoltaik Anlage Diese besteht im Wesentlichen aus den folgenden Hauptkomponenten 1 PV Generator mehrere PV Module in Reihen und Parallelschaltung mit Montagegestell 2 Generatoranschlusskasten mit Schutztechnik 3 Gleichstromverkabelung 4 DC Hauptschalter 5 Wechselrichter 6 Wechselstromverkabelung 7 Z hlerschrank mit Stromkreisverteilung Bezugs und Einspeisez hler sowie Hausanschluss Auf Einfamilienh usern w
328. r dringend empfohlen L schwasseranalyse Durch das in gro en Volumina anfallende L schwasser k nnen gel ste Schadstoffe oder kleine Schwebteilchen aus den Brandr ckst nden in die Umgebung und auch den Boden gelangen Die m gliche Benetzung von Gegenst nden wie Geb udeteilen Balkonen oder Terrassen aber auch Einsatzkleidung der Feuerwehreinsatzkr fte mit kontaminiertem L schwasser ist zu beachten und bei der weiteren Nutzung zu ber cksichtigen 177 Es wurden bei den Recherchen keine Schadstoffgrenzwerte f r einen wasserbasierten Schadstoffeintrag in den Boden gefunden Zur Risikoabsch tzung wurde die Kl rschlammverordnung der Landwirtschaft f r die Belastung des industriellen Kl rschlamms mit Schwermetallen und anderen Schadstoffen herangezogen 65 Hier werden maximal zul ssige Konzentrationen je Boden fl cheneinheit mg m genannt w hrend die Schadstoffkonzentration im L schwasser je Volumeneinheit mg m gemessen wurde Ein direkter Vergleich ist damit zwar nicht m glich jedoch wurde eine grobe Absch tzung vorgenommen In Bild 4 41 sind die gemessenen Schadstoffkonzentrationen von Blei und Cadmium f r die einzelnen Modultechnologien aufgef hrt Schadstoffe im L schwasser L Ge Anteil in mg m E Blei j E Cadmium CS CIS CdTe Bild 4 41 Gemessene Schadstoffkonzentrationen von Blei und Cadmium im L schwasser Bewertung der Messergebnisse Die berschreitung des Grenzwertes f r Bl
329. r Anlageninstallation blieb dabei leider oft auf der Strecke Bereits im Jahr 2006 wurden vereinzelt Lichttb gen in PV Anlagen und deren Ausdehnung auf Dachkonstruktionen beobachtet In 2008 und 2009 nahmen Meldungen ber PV Komponentenbr nde zu Ein gr erer Brandschaden im Juni 2009 ausgehend von einer der zu diesem Zeitpunkt weltweit leistungsst rksten PV Dachanlagen in B rstadt Hessen hatte gro e ffentliche Aufmerksamkeit erregt und das Thema prandaktuell auf die Tagesordnung gesetzt Bei Langzeituntersuchungen von PV Anlagen wurden Brand und berhitzungsspuren an verschiedenen Komponenten von PV Anlagen festgestellt Die bei Anlagen Inspektionen entdeckten Fehler wie besch digte oder verf rbte Module verwitterte Kabel Schmorstellen in Anschlussk sten oder nicht fachgerechte Installationen sowie Brandvorf lle verschiedener Gr enordnungen haben zu einer drastisch gestiegenen Sensibilit t f r den Sicherheitsaspekt von PV Anlagen insbesondere bei Dachanlagen und Geb udeintegrierter PV BIPV gef hrt Dieser spielt neben den wirtschaftlichen und kologischen Gesichtspunkten eine grundlegende Rolle bei der Akzeptanz und weiteren Verbreitung der Photovoltaik PV Anlagen stehen praktisch immer unter Spannung auch bei tr bem Wetter Der Trend zu immer gr eren Anlagen bewirkt dass hierbei Gleichspannungen von 1000 V und demn chst 1500 V erreicht werden Dem Ber hrungsschutz und insbesondere dem Schutz vor
330. r EN 13501 5 definierten Klassifizierungskriterien f r die Aufbauten bestehen blieben Bei der Dachintegration ist anzumerken dass blicherweise bei den Systemaufbauten auch weitere Kunststoffelemente eingesetzt werden um die Regendichtigkeit bei geschindelten oder auf Sto verbauten Modulen zu gew hrleisten Die Vielfalt der gegenw rtig Einsatz befindlichen Systeme kann ber die Versuche in diesem Projekt nicht abgebildet werden Daher konzentrierte sich der Versuch bei Gips auf eine dachintegrierte Installation mit b ndigem Anschluss von Calciumsilikat Platten Gleichzeitig wurden regul re Unterbedachungslagen eingesetzt Unterspannbahn normalentflammbar und Isolation aus Mineralwolle schwerentflamm bar In diesen Messungen hat es keine Brandweiterleitung oder Entz ndung ber oder am PV Modul gegeben F r eine sp tere zu harmonisierende Pr fmethode ist aber klar zu definieren welche Materialien und Brandklassen der Dachkonfiguration beim Test eingesetzt werden In Abh ngigkeit des Pr fergebnisses kann dann entschieden werden ob ein GiPV System uneingeschr nkt oder aber nur in Kombination mit bestimmten Materialien eingesetzt werden darf Innerhalb des Projekts ist der Anforderungsfall von Kunststoffwannen als Flachdachmontage system nicht betrachtet worden der erw hnte Brandfall mit diesen Wannen in Kapitel 3 3 S 51 ereignete sich erst nach Abschluss der Versuche Aufgabe des Projektes war es Anforderungen
331. r Feuerwehren und Strategien zur Risikovermeidung e Evaluierung von M glichkeiten zur Minimierung des Brandentstehungs und Brandweiter leitungsrisikos innerhalb der Anlagen e Ableitung von Empfehlungen betreffs Komponenten und Systemdesign Materialien Qualit tssicherung bei der Herstellung der Installation und im Betrieb F r die Risikoanalyse wurde ber den Zeitraum von 2011 bis Ende 2013 eine umfangreiche Recherche nach realen Brandsch den an PV Anlagen durchgef hrt die eine Online Umfrage sowie Anfragen bei den Berufs Feuerwehren und PV Versicherern in Deutschland einschloss Es konnten 430 F lle von Brand bzw Hitzeschaden in PV Anlagen ermittelt werden wobei bei ungef hr der H lfte der F lle die PV Anlage urs chlich war bzw als wahrscheinlich urs chlich galt Die Untersuchungen ergaben dass in ca einem Drittel der F lle die Sch den durch die PV Komponenten selbst in einem weiteren Drittel der F lle durch Planungsfehler und ebenfalls in einem Drittel durch Installationsfehler hervorgerufen wurden berproportional ereigneten sich die Brandf lle um die Mittagszeit bzw am fr hen Nachmittag und in den Sommermonaten d h bei hoher Einstrahlung und damit hoher Strombelastung Hier versagen dann fehlerhafte und ggf vorgesch digte Komponenten Durch ein Expertengremium wurde mit den Erkenntnissen aus Recherchen und Laborversuchen eine FMEA Failure Mode and Effects Analysis oder auch Fehlerm glichkeits und einf
332. r Geb udeeinf hrung von DC Leitungen dadurch kann ein Brand unmittelbar ins Geb ude geleitet werden Genauso ist der elektrische Aufbau mit einer Vielzahl von M ngeln betroffen z B e _LUngeeignete Wechselrichter im Au enbereich e Wechselrichter an ungeeigneter Stelle direkte Sonnenbestrahlung korrosive Gase e _Unterdimensionierung von Kabeln und Leitungen e _Unterdimensionierte DC Hauptschalter e Falsche Sicherungstypen auf der DC Seite e Verlustw rme von Sicherungen nicht beachtet e DC Leitungen in Generatoranschlusskasten scheuerten an Metallkanten e _LUngeeignete Klemmen bei Alu Leitungen e Nachtr gliche Erweiterung des PV Generators ohne Pr fung der Belastbarkeit von Betriebsmitteln Planungsfehler k nnen einen gro en Einfluss auf die m glichen Folgen eines Brandes haben Wenn der Wechselrichter an einer Betonwand h ngt verursacht ein Lichtbogen am DC Anschluss nur einen Ru fleck H ngt er an einem Balken oder steht auf einer Holzplatte kann daraus ein Geb udebrand entstehen Ebenso gro en Einfluss hat die Umgebung des Wechselrichters F llt eventuell brennendes Material auf einen Steinboden passiert nichts f llt es ins Heulager kann daraus ein Gro brand entstehen Gutachter schildern hier zum Teil Bausituationen z B in 15 16 17 wo Anforderungen an Elektroinstallationen in feuergef hrdeten Betriebsst tten 18 eklatant missachtet wurden wie beispielhaft hier im Bereich der landwirtschaf
333. r Zustand Beteiligte nn Erandausl sungs Komponenter Potentielle Fehler 3 wahrscheinlichkeit 3 d wa hrscheinlichkeit Ee wa hrscheinlichkeit z S Erandausl sungs l ar e Abstellma nahmen wa hrscheinlichkeit Bedeutung wa hrscheinlichkeit Entdeckungs RPZ Semsssungsspannung und Steam unzureichend Abnahmeprdfung nach DIN 0125 23 Kontaktalterung Schaler m ssen bet tigt werden Auswahl eines sauberen Standortes L ftung verstapft ausgefallen Wechselrichter berhitzt Wechselrichter Wechselrichter elektrisch defekt Umgebungstemgeratur zu hoch Interner elektrischer Fehler F r jeweiligen Installstionsort passende Schutzart w hlen Ungeeignete Schutzart Op vd Mangelnder Luftaustsusch Allgemeine Korrosion duch Installation Feuchtigkeitseintrag Kabeleinf hrung in Po Verschraubungen von oben 287 ist Zustand verbesserter Zustand Beteiligte gt Erandausl sungs Brandausl sungs Auftritts 9 3 a 2 Ss Entdeckungs m gliche Auftritts SE S Entdeckungs ee RER ees wahrscheinlichkeit ges wahrscheinlichkeit Abstellma nahmen wahrscheinlichkeit on wahrscheinlichkeit Kommentar Kabekinf hrung in Po Verschraubungen von oben Montage aufbrennbarem Untergrund z B Holz oder Spanplattel oder in umgebung mit leichtentzundlchen Gegenst nden z B Stroh Heu Treibetoffen etc L tstellen verschmort ggf Liehth gen im iodul ode
334. r den speziellen Fall der geb udeintegrierten Photovoltaik GIPV bzw BIPV spielt die Lichtbogensicherheit nochmals eine erweiterte Rolle Bedingt durch den Ersatz der oberen Bedachungslage durch PV Module sind untere Dachlagen bei einem Lichtbogenereignis auf der R ckseite der Module frei exponiert und besonders gef hrdet Mit der Betrachtung der Materialien die bei einer Entz ndung durch die N he eines Lichtbogens Brandweiterleitungseigenschaften haben k nnen macht es Sinn hieraus Empfehlungen f r das Moduldesign bei der Anwendung von BIPV abzuleiten Dabei sind f r Evaluierung eines Herstellers oder Inverkehrbringer die M glichkeiten auszuloten ob die folgenden Material Komponenten Bestimmungen m glich sind e Auswahl der Anschlussdose Es existieren nichtbrennbare Anschlussdosen die bei einem Lichtbogen in der Anschlussdose mindestens eine Verz gerung wenn nicht sogar eine Verhinderung der Brandweiterleitung ins Dachinnere gew hrleisten m ssten Entsprechende Versuche sind hier von Herstellern anzustreben und als risikominierendes Mittel zu diskutieren e Bestimmung von Backsheets mit niedrigem FSI Der Flame Spread Index FSI muss nach der Sicherheitsnorm IEC61730 mit dem ASTM 162 Standard an R ckseitenfolien bestimmt werden Dabei ist die Vorgabe dass das Backsheet max 100 ist Der FSI wird beeinflusst 185 durch die Abgastemperatur beim Brand und der Ausbreitungsgeschwindigkeit an der Probe Versuche haben gezeigt dass
335. r ein ungeeignetes L schmittel Pf tzenbildung nicht eingehaltener L schabstand Aus diesem Grund ist die Eintrittswahrscheinlichkeit eher als gering einzustufen Daraus resultierende Verletzungen hingegen k nnen erhebliche Ausma e annehmen 4 2 2 2 ffnen der Dachhaut Bei L scharbeiten ist in Einzelf llen aus einsatztaktischen Gr nden die ffnung des Daches notwendig Dabei kann es durch besch digte PV Anlageteile zur Ber hrung von spannungf hrenden Teilen kommen Gefahr elektrischer Schlag Risikoma zahl US Schutzziel Vermeidung einer direkten oder indirekten Ber hrung Bewertung Das ffnen der Dachhaut f hrt zun chst zum Freilegen von spannungsf hrenden Teilen Die Eintrittswahrscheinlichkeit kann im Mittel angenommen werden Die Verletzungen k nnen aufgrund der Spannung der noch intakten PV Module erheblich sein 4 2 2 3 Brand einer freistehenden PV Anlage Bei Br nden in freistehenden PV Anlagen kann es zu gef hrdenden Sch den an Wechselrichter oder Trafostationen und eher selten an Einspeisestationen kommen Bei diesen Mittelspannungs stationen treten im Allgemeinen Spannungen bis zu 20 kV auf Gefahr elektrischer Schlag Hochspannung Risikoma zahl EN Schutzziel Vermeiden einer direkten oder indirekten Ber hrung Bewertung Die Anlagenteile der Hochspannungsseite sind grunds tzlich gekennzeichnet und gegen unberechtigtes Betreten gesichert Die Eintrittswahrscheinlichkeit kann d
336. r in der Junction Box L twerbindun gen innerhalb Junction Box Schlechte L tung Alterung durch nn elei Ga i 3 288 CURRENTA S b Laborversuche Emissionen PV Module 1 Untersuchungsgegenstand und ziel Im Rahmen des BMU Forschungsprojekts Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung erfolgten im Brandversuchshaus von CURRENTA im Juni 2014 experimentelle Untersuchungen mit dem Ziel die Schadstofffreisetzung von Photovoltaik Modulen im Brandfall zu charakterisieren Das Untersuchungsprogramm umfasste drei verschiedene Modultypen Tabelle 1 Die Module wurden in geneigter Anordnung an der R ckseite mit einem Gasbrenner beflammt um ein m gliches Brandentstehungsszenario bei dachadditiven PV Anwendungen zu simulieren Schadstoffanalysen erfolgten an Rauchgas Brandr ckstands und L schwasserproben Dicke des Rahmens Tabelle 1 Untersuchte Modultypen 2 Versuchsaufbau Die PV Module wurden mit 40 mm hohen ber Kreuz angeordneten Profilschienen auf einer Faserzement Tr gerplatte montiert die sich auf einer um 23 zur Horizontalen geneigten Pr fplattform befand Abbildung 1 Die Neigung wurde analog zu der Dachbrandpr fung nach UL 790 gew hlt Die Module ragten um 45 cm ber die Vorderkante der Tr gerplatte hinaus und wurden in diesem Bereich an ihrer Unterseite beflammt Als Z ndquelle kam der in der UL 790 beschrie
337. r leitungsgebundene Messmethoden die in Kapitel 5 5 aufgef hrt sind Die Suche nach defekten Bypassdioden muss zwingend nach einem Blitzeinschlag in die PV Anlage oder nach einem Blitzschlag in eine Blitzschutzanlage in der unmittelbaren Umgebung durchgef hrt werden 5 3 2 Installationsvorgaben Anlagenplanung inkl Brandschutzplanung Bei der Planung und der Installation von PV Anlagen sind die Belange des Brandschutzes zu beachten Es sind die entsprechenden Brandschutzanforderungen der Musterbauordnung sowie ggf weitere bauliche Anforderungen die Brandschutzfachregeln und die Norm VDE Anwendungsregel VDE AR E 2100 712 einzuhalten Die Fachregeln der Brandschutzgerechten Planung Errichtung und Instandhaltung von PV Anlagen wurden im M rz 2011 gemeinsam von Bundes verband Solarwirtschaft BSW Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie DGS Zentralverband der Deutschen Elektro und Informationstechnischen Handwerke ZVEH Berufsfeuerwehr M nchen und Bundesvereinigung der Fachplaner und Sachverst ndigen im vorbeugenden Brandschutz e V BFSB herausgegeben Sie wurden zudem mit der Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren in Deutschland AGBF Bund abgestimmt Sie sind somit als Stand der Technik anerkannt Darin wurden die Anforderungen die in den verschiedenen Regelwerken im Bau und Elektrogewerk schon bestehen zusammengetragen sowie Regelungsl cken identifiziert und Ma nahmen zur deren L sung dargestellt Die Br
338. rand dominieren gecrackte Verbindungen wie Kunststoff Monomere Nachstehend werden die im vorherigen Abschnitt angegebenen Stoffe hinsichtlich der Bildung und Zusammensetzung von Brandgasen und rauch betrachtet Ausgegangen wird dabei von einem Vollbrand Szenario welches durch Temperaturen ber 600 C mit ausreichender Zufuhr an Sauerstoff gekennzeichnet ist 58 Zur Beurteilung der Relevanz f r das Feuerwehrpersonal sind zus tzlich zur Toxizit t auch die in den Modulen enthaltenen Stoffmengen zu betrachten Glas Glas mengenm iger Hauptbestandteil eines typischen Moduls ver ndert sich auch bei hohen Temperaturen chemisch nicht da es bereits in einem inerten oxidierten Zustand vorliegt Es enth lt keine kritischen Bestandteile Metalle Aluminium kann erst bei sehr hohen Temperaturen zu Aluminiumoxid verbrennen Diese werden bei einem typischen Brand nicht erreicht Somit kann Aluminium als inert eingestuft werden Kupfer aus Zuleitungen und Kontakten verbrennt unter den betrachteten Bedingungen zu Kupferoxid das keine toxische Relevanz aufweist Zinn und Blei werden in L tverbindungen eingesetzt wobei der Bleianteil etwa 40 betr gt Diese Metalle werden im Brandfall ebenfalls zu ihren Metalloxiden umgesetzt beides ist toxisch wirkend Blei kann unter Brandbedingungen als bleihaltiger Rauch freigesetzt werden w hrend Zinn geringe Fl chtigkeit aufweist Cadmium wird als Halbleitermaterial in CdTe Modulen einge
339. raus gewonnenen Schlussfolgerungen im Detail an Beispielsweise untersucht eine amerikanische Studie in 2005 47 das Verhalten von CdTe Modul Proben bei Hitzeeinwirkung bei verschiedenen Temperaturstufen von 760 C bis1100 C Es werden akribisch Gasemissionen Masseverlust R ckstandsanalyse und Cd Verteilung im geschmolzenen Glasr ckstand analysiert Man stellt eine mit der Temperatur zunehmende Diffusion des Cadmiums in das umgebende Glas fest wobei eine relativ konstante Emissionsrate von 0 5 gemessen wird Der berwiegende Anteil des Cadmiums wird dagegen im Glas eingekapselt Man mutma t dass bei ganzen Modulen aufgrund des Verh ltnisses Au enkanten zu Fl che eher noch weniger nur ca 0 4 des Cadmiumgenhaltes entweichen werden 150 Die Messungen wurden an kleinen Probek rpern in einer Wanne liegend durchgef hrt Beim Schmelzen wurde das Material in dieser Wanne aufgefangen Cadmium aus der innenliegenden CdTe Schicht konnte nur ber die Seitenkanten entweichen siehe Bild 4 29 Bei verbauten realen Modulen in der PV Anlage splittert das Glas schmelzendes Material k nnte abtropfen und es k nnte ein gro er Teil der CdTe Schicht bzw des Glases mit dem eindiffundierten Cadmium frei liegen Theoretisch w re es m glich dass der Anteil des unter diesen Umst nden ausgasenden Cadmiums deutlich h her ist als die im Labor gemessenen 0 5 Frei liegende CdTe Schicht Frei llegendes Cadmium mm mg Figure S X mm
340. rheit de Workshop am 26 01 2012 Online Available 5 http www pv brandsicherheit de fileadmin WS_26 01 12 Sicherheitskonzepte_H_Schmidt_T C3 9CV Workshop_26012012_Homepage pdf 80 www pv brandsicherheit de Workshop 24 01 2013 Online Available 6 http www pv brandsicherheit de fileadmin WS_24 01 13 08_H C3 A4berlin_Was_tun_nach_AusI C3 B6sung_ LBD pdf 81 BINE Informationsdienst Recycling von Photovoltaik Modulen 2010 82 Patterson M H Turner A K Sadeghi M Marshall R J 12th European Photovoltaic Solar Energy Conference Amsterdam Netherlands Health Safety and Environmental Aspects of the Production and Use of CdTe Thin Film Photovoltaics Modules 1994 276 83 E Augsten Blick in die Blackbox Sonne Wind und W rme 9 2007 84 H H berlin und M K mpfer Measurements of Damages at Bypass Diodes by Included Voltages and Currents in PV Modules Caused by Nearby Lightning Currents with Standard Waveform 23rd EU PVSEC Valencia 2008 85 http www pv brandsicherheit de freiburg2013 86 Arnold H MOSFETs plus Logik statt Bypass Dioden Energie amp Technik 2011 87 T V Rheinland Internet basierte Umfrage zu Brandf llen http www pv brandsicherheit de 9 2010 bis 2015 88 IFS Brandgef hrliche M ngel und Vers umnisse IFS Report 03 2012 89 Siemens AG Sicherungssysteme BETA Niederspannungs Schutzschalttechnik Technik Fib
341. riante neben weiteren denkbaren Szenarien dar um Module einem besonderen Stress mittels dynamischer Biegung auszusetzen Hierbei werden die Leiterb ndchen und insbesondee die Kontaktierungen im Modul durch Dehnung und Stauchung dynamisch belastet Deren Robustheit ist ein Ma f r die Lichtbogensicherheit Die dynamische Belastung basiert hier jeweils auf der Wechsellastsequenz der EN 12210 12211 Elektrolumineszenz Visual Inspection V Kennlinie solationsmessung Forward Bias 1 2 x lsc Elektrolumineszenz Visual Inspection V Kennlinie solationsmessung Belastung bei 2 4 kPa 10 Sekunden Zyklus Gesamt 1000 Zyklen Forward Bias 1 2 x lsc Parallel IR Aufnahmen Forward Bias 1 2 x lsc Belastung bei 2 4 kPa 10 Sekunden Zyklus Gesamt 1000 Zyklen Forward Bias 1 2 x Isc Parallel IR Aufnahmen Elektrolumineszenz Visual Inspection V Kennlinie solationsmessung Bild 5 7 Pr fsequenz f r PV Module zur Bestimmung der Lichtbogenanf lligkeit an Zell Verbindungen Jeweils vor und nach jedem Belastungsschritt sind hierbei die Module durch Elektrolumineszenz und Infrarotaufnahmen auf lokale Temperaturerh hungen zu untersuchen Es muss festgestellt werden dass sich trotz der langen Belastungsprozedur keine Dekontaktierungen oder Beeintr chtigungen durch erh hte Serienwiderst nde eingestellt haben 189 Es wird eine Stichprobenentnahme f r die begleitenden Pr fungen w hr
342. rischen Ma nahmen wurde auf s mtliche bei Brand und technischer Hilfeleistung generell blichen Vorgehensweisen wie z B Einsatz von Atemschutzger ten oder Beachten eines m glichen Tr mmerschattens nicht separat eingegangen Von allen betrachteten Szenarien kann aus organisatorischer Sicht im Wesentlichen der Sicherheitsabstand erw hnt werden Zwischen dem grunds tzlichen Abstand der Einsatzkr fte und dem Abstand beim L schen ist zu unterscheiden Gem der Informationsschrift Elektrische Gefahren an der Einsatzstelle GUV I 8677 der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung e V ist zu allen Niederspannungsanlagen und anlagenteilen ein Mindestabstand von einem Meter einzuhalten Sofern m glich oder bei unklarer Lage ist eine Absperrung eines Sicherheitsbereichs durchzuf hren F r das L schen gelten differenzierte Sicherheitsabst nde gem der Norm Brandbek mpfung und technische Hilfeleistung im Bereich elektrischer Anlagen DIN VDE 0132 des Verbands der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e V Die Abst nde wurden im praktischen Versuch des Forschungsprojekts auch f r PV Anlagen best tigt Sind im Bereich oder an einer besch digten Anlage Arbeiten durchzuf hren so k nnen diese nur durch Elektrofachpersonal bewertet oder ausgef hrt werden Das Fachpersonal kann auch einen sicheren Zustand der Anlage herstellen so dass ein gefahrloses Arbeiten erm glich wird Sofern die Anlage oder die Sch
343. rkeit im Au enbereich und unkritisch bei berhitzungen also langlebig sicher wartungsarm und leistungsstabil 85 Verwendet wird die Aluminiumdose u a bei Solar Energy SOLAR MODUL ISE 175M B oder Sunworxs GmbH SUNWORX SW 240P Als Leitermaterial wird bei Solarkabeln DC Leitungen verzinnter Kupferdraht verwendet Die Kabel m ssen nach Vorschrift eine Betriebstemperatur von 120 C aushalten Die Temperatur bei einem l nger andauernden Kurzschluss liegt sogar bei ca 250 C Dieser Temperatur m ssen die Kunststoffmaterialien standhalten Zu 5 Blitz und berspannungsschutz Eine PV Anlage erh ht im Allgemeinen nicht die Wahrscheinlichkeit eines Blitzeinschlages Es gibt keine generelle Pflicht zur Installation eines Blitzschutzes f r PV Anlagen Existiert auf einem Geb ude bereits ein Blitzschutzsystem so ist bei nachtr glicher Installation einer PV Anlage diese in das bestehende Konzept mit einzubinden Bei ffentlichen Geb uden ist f r eine PV Anlage ein Blitzschutzsystem zu installieren In Kapitel 1 3 1 1 sind die g ltigen Normen und Richtlinien aufgef hrt die hinsichtlich Blitz und berspannungsschutz zu beachten sind Die Auswirkungen eines direkten oder indirekten Blitzschlages m ssen getrennt betrachtet werden Bild 3 46 Direkter Blitzschaden an einer 10 Jahre alten Anlage Quelle Photovoltaik B ro Ternus amp Diehl GBR Im seltenen Fall eines direkten Blitzeinschlags in den Solargenerator ist mit ein
344. rneuerbare energien de solarenergie articles 315708 32 H H berlin und M K mpfer Sch den an Bypassdioden in PV Modulen durch Spannungen und Str me die durch nahe gelegene Blitzstr me verursacht werden 23 Symposium Photovoltaische Solarenergie Bad Staffelstein 2008 2 3 33 Multi Contakt Berginski M Sichere Steckverbindungen Paarung von Fremdprodukten Crimpen im Feld 2 PV Brandschutz Workshop Freiburg 2013 34 H Laukamp G Bopp N Henze P Kremer A Soria Moya und C Wittwer Gibt es relevante R ckstr me in PV Generatoren 25 Symposium Photovoltaische Solarenergie Bad Staffelstein 2010 35 H H berlin Photovoltaik Strom aus Sonnenlicht f r Verbundnetz und Inselanlagen Electrosuisse Verlag Fehraltorf 2010 36 VDE 0100 712 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7 712 Anforderungen f r Betriebsst tten R ume und Anlagen besonderer Art Solar Photovoltaik PV Stromversorgungssysteme VDE Verlag GmbH 2006 37 E Vinaricky Elektrische Kontakte Werkstoffe und Anwendungen Springer Verlag 2002 38 Photon 10 2010 39 http de wikipedia org wiki Risikoanalyse 40 hitp de wikipedia org wikl FMEAV 41 BSW Bergische Universit t Wuppertal FG Sicherheitstechnik Abwehrender Brandschutz Einsatz an station ren Lithium Solarstromspeichern Hinweise f r die Brandbek mpfung 12 2014 42 C Bendel Untersuchung der Gef hrdung von Brandsch tzern beim L s
345. rper Strom V A In den folgenden zwei Fotos siehe Bild 4 20 sind die Einwirkungen der Str me auf die Kontaktfl chen zu sehen Bei einem menschlichen K rper w rden an diesen Stellen Strommarken 136 entstehen die an den Stromeintrittsstellen und an den Stromaustrittstellen durch die hohe W rmeentwicklung zustande kommen An den Handschuhen sind aufgrund der Hitzeeinwirkung Brandl cher entstanden Bild 4 20 Einwirkung der Str me auf die Kontaktfl chen Brandloch durch Stromeinwirkung Die Versuchsergebnisse stimmen mit den theoretischen Erwartungen berein Eine trockene Einsatzkleidung besitzt einen sehr hohen Widerstand dagegen bietet eine durchn sste Kleidung keinen Schutz vor einem elektrischen Schlag Bei einem Stromweg von einer Hand zur anderen Hand und einem K rperwiderstand von 555 Q besteht am nassen Handschuh ein sehr geringer Widerstand von ca 50 Q wodurch beim Ber hren einer 1000 V DC Leitung ein lebensgef hrlicher Strom in H he von 1 5 A durch den menschlichen K rper flie en kann vgl Tabelle 4 10 Der hohe Widerstand der Stiefel und die damit verbundene Schutzwirkung gegen einen elektrischen Schlag werden in den Versuchen sichtbar Trotz nasser Kleidung sind mit Schutzstiefel kaum sp rbare Str me gemessen worden Ohne Stiefel steigt der K rperstrom drastisch an und berschreitet bei 1000 V Spannung den gef hrlichen Grenzwert deutlich Dabei ist eine Linearit t zwischen Strom und Spannung fest
346. rspannungen gegen Erde dienen Deshalb wird der Potenzialausgleichs bzw Erdungsleiter in den Generatoranschlusskasten gef hrt Auch DC Hauptschalter oder Leitungsschutzschalter werden gelegentlich im Generatoranschluss kasten untergebracht Vermehrt werden bei gr eren Anlagen Strang berwachungselemente eingesetzt Diese melden dem Daten berwachungssystem eine Strangst rung so dass eine Fehlersuche veranlasst werden kann Der Generatoranschlusskasten sollte in Schutzklasse Il ausgef hrt sein und eine klare Trennung der Plus und Minus Seite innerhalb des Kastens aufweisen Bild 3 51 Generatoranschlusskasten Quelle DGS Berlin Da er im Freien angebracht wird sollte er mindestens den Schutzgrad IP 54 besitzen sowie witterungs und UV stabil sein Au erdem empfiehlt es sich den Installationsort so zu w hlen dass der Anschlusskasten vor Regen und direkter Sonneneinstrahlung gesch tzt wird Die Zug nglichkeit des Anschlusskastens sollte wegen m glicher sp terer Wartungsarbeiten beachtet werden Bei Anschlussk sten mit Schraubklemmen ist auf die exakte Ausf hrung der Verbindung zu achten da bei fehlerhafter Ausf hrung ein ganzer Strang ausfallen kann Anschlussk sten mit Federzugklemmen oder mit geeigneten anderen Klemmsystemen erfordern keine Adernendh lsen und sind einfach zu handhaben Bei der Auslegung des Generatoranschlusskastens ist die VDE 0660 600 1 EN 61439 1 zu beachten Zum Aufbau der Schaltung k nnen Rei
347. s Risiko dass aus einem schlechten Kontakt ein Gro brand wird zu minimieren 74 Bild 3 34 Lichtbogenereignis in einer dach aufgest nderten PV Anlage Links Bitumen Dachbahnen brennen unter starker Rauchentwicklung und tropfen brennend ab Rechts Gl cklicherweise konnte das Geb ude gerettet werden Fotos Freiwillige Feuerwehr Goch 3 3 5 Schlussfolgerungen und Empfehlungen Die pro Jahr gemeldeten Br nde haben in den letzten Jahren stark zugenommen Bild 3 18 Dies korreliert mit dem gro en Zuwachs an installierten PV Anlagen in den letzten Jahren Gutachter haben wiederholt festgestellt dass bei sehr vielen PV Anlagen elementare Installations anforderungen verletzt werden Fazit der Brandfallanalysen Es ist absehbar dass in den kommenden Jahren ein deutlicher Anstieg von Br nden durch PV Anlagen zu erwarten ist Mit zunehmender Alterung der Materialien werden Isolationsfehler Kontaktprobleme und bergangswiderst nde zunehmen Unter ung nstigen Bedingungen k nnen diese Fehler einen Brand ausl sen Empfehlungen zur Risikoreduzierung Abhilfe gegen die bisher gefundenen Fehler sehen wir auf drei verschiedenen Ebenen e Installateursausbildung Durch fachm nnische und qualit tsbewusste Installation k nnen die meisten Installationsfehler vermieden werden Inspektionen Pr fungen Solide Abnahmepr fungen helfen Anfangsfehler zu erkennen und Wiederholungspr fungen helfen versteckte Installationsfehler und si
348. sdosenkomponenten unter dem Einfluss einer Flamme respektive eines Lichtbogens in Bezug auf umliegende Geb udemaeterialien Empfehlung f r die Normung Der konkrete praktische Pr fvorschlag sollte in einer k nftigen Anpassung f r die EN 50548 ber cksichtigt werden und mit Blick auf praktische Installationen in ein umfassendes Produktsicherheitskonzept integriert werden Haftverbindung von Laminaten und Anschlussdosen Zugversuche Das Einflussverm gen von mangelhaften Laminatverbindungen zwischen Einkapselungsmaterialien und isolierenden R ckseitenfolien von PV Modulen auf den Korrosionsprozess durch eindiffundiertes Wasser an Verbindern spielt im Langzeitverhalten aus sicherheitstechnischer Sicht eine ebenso gro e Rolle wie die mechanische Integrit t und der Einfluss auf das Leistungsverhalten Um zu bestimmen wie hochwertig der Haftverbund zwischen den Laminatanteilen ist lassen sich ber Zugversuche die Adh sionskr fte bestimmen durch vergleichende Messungen auch vor und nach simulierten Umweltbedingungen Vergleichspr fungen bei TUN Rheinland 68 zeigen dass sich die im Feld installierten Qualit ten der Laminate bezugnehmend zur Zugkraft massiv unterscheiden Bild 5 17 und Bild 5 18 e Bild 5 16 Teststand zur Pr fung der Abzugskraft 198 Si gt 3 E ke w zZ HA 5 150 u H LA Bild 5 17 Gegen berstellung von Vergleichsserien zur Bestimmung der Zugkraft von Laminatverb nden
349. setzt ist in geringen Massenbestand teilen auch in anderen Zelltechnologien enthalten Aufgrund der leichten Oxidierbarkeit von Cadmium ist davon auszugehen dass Cadmium bei h heren Temperaturen teilweise zu Cadmiumoxid CdO umgesetzt wird das deutlich geringer fl chtig ist als metallisches Cadmium Sowohl Cadmium als auch Cadmiumoxid wirken hochgradig toxisch Die gasf rmig freigesetzten Cd Anteile erreichen etwa 25 des Inventars 9 die insgesamt als Partikel Gas freigesetzten Anteile erreichen etwa 70 7 Relevante gasf rmige Anteile in der abgek hlten Umgebungsluft sind nicht zu erwarten Bei der Freisetzung im Brandfall ist maximal mit einer an Partikel angelagerten Cd CdO Belastung im Bereich von 1 4 mg m zu rechnen Im g nstigeren Fall wird Cadmium durch die Glasumh llung als Silikat 162 chemisch gebunden Im Vergleich zum ETW Wert von 0 4 mg m vgl Kap 4 6 5 S 164 ist Cadmium als relevant f r den Feuerwehreinsatz zu betrachten Arsen As Molybd n Mo Zink Zn Gallium Ga Indium In Selen Se Diese Metalle sind vorwiegend f r die Betrachtung der CIGS Technologie relevant Im Brandfall bilden sich vorrangig die entsprechenden Oxide wie MoO Ga gt 0 ZnO sowie Geh und CdO Leichtfl chtige Metalle wie Selen und wie beschrieben Cadmium k nnen auch verdampfen und als Gas oder im abgek hlten Zustand als Rauch Partikel auftreten Insbesondere Selen aber auch das zu erwartende Selendioxid SeO sin
350. sich mit Alterungs und Zuverl ssigkeitspr fungen dieser Ger te 246 5 7 Kennzeichnungs und Informationspflichten Prinzipiell haben die Einsatzkr fte beim L schen die Abst nde der VDEO132 einzuhalten Wenn bei Anlagen Abschalteinrichtungen nach der VDE Anwendungsregel VDE AR 2100 712 eingesetzt werden kann das jeweilige ausgangsseitige DC System als gesch tzter Bereich betrachtet werden Die Abschalteinrichtungen und der nach Abschaltung gesch tzte Bereich sollte im bersichtplan gesondert gekennzeichnet werden Empfehlung Sobald nach einer Produktnorm zertifizierte Modulabschalteinrichtungen auf den Markt kommen sollte ein gesondertes Hinweisschild z B mit gr nen Rand und erg nzt mit einem Modulschaltsymbol eingesetzt werden So k nnten die Einsatzkr fte schnell erkennen dass keine gef hrliche DC Spannung am Generator anliegen kann Prinzipiell w re es gut wenn auf der Feuerwache schon vor dem Einsatz die Information ob auf einem Geb ude eine PV Anlage vorhanden ist vorhanden w re Die Pflege dieser Informationen ist dabei allerdings eine Herausforderung Als zus tzliches Problem ergibt sich dass nicht alle Feuerwachen Computer mit Internetzugang besitzen Sinnvoll w re eine zentrale Datenablage im Internet zu nutzen auf die die Landesbeh rden zugreifen und die Adressdaten an die zust ndigen Landkreise oder direkt an die Feuerwehrleitzentralen bzw Feuerwachen zu verteilen Die an die Bundesnetzagentur erfolgten A
351. sicherungsma nahmen Aus den vorangestellten Kapiteln ist das Brandrisiko Potenzial von Zellrissen beschrieben worden In einem konkreten Fall sind bei einem durch eine Zelle diagonal verlaufenden Stromfluss infolge zweier schlecht kontaktierter Zellverbinder entlang des Zellrisses kleinere Brandsch den entstanden Aus dieser Motivation heraus wurde in diesen Leitfaden auch ein Hinweis auf die Transportsicherheit und Ladungssicherung aufgenommen Mechanische Schwingungen und St e entstehen durch transiente bzw oszillierende Bewegungen w hrend des Transports wobei das Transportgut durch Unebenheiten im Stra enverkehr oder aber auch bei der Handhabung aus seiner Ruheposition ausgelenkt wird In Versuchsreihen sind unter der Einwirkung von Vibrationen R ttelplattform mit l ngerer Einwirkdauer die Resonanzfrequenzen von Modulen bei ca 11 Hz ermittelt worden In einzelnen F llen habe die Belastungen ausgereicht Zellbr che und sch den zu erzeugen 69 Andere Einfl sse w hrend des Transports k nnen sich nicht nur auf die mechanische Zellstabilit t auswirken sondern auch Spannungen im Glas erzeugen beispielsweise bei Schr glast R ckseitenfolien von Modulen sind bei falscher Transportlage durch Ber hrungen mit dem Stapler beispielsweise Masteindr cke Zinkeneinsch be etc gef hrdet Bild 5 22 Links Falsches Handling mit Eindr cken der Zinken des Gabelstaplers Rechts Unsachgem er Transport von Solarmodulen
352. sichtigung des Gleichstromsystems 3 Durchg ngigkeitspr fung der Schutz und Potenzialausgleichsleiter 4 Polarit tspr fung jedes Strangs 5 Pr fung der Leerlaufspannung jedes Strangs 6 Pr fung des Kurzschlussstroms jedes Strangs 7 Funktionspr fung 8 Isolationswiderstandsmessung der Gleichstromkreise 211 Diese Reihenfolge der Messungen in der Norm ist f r den Praktiker zwar nicht immer der schnellste Weg die Pr fpunkte sollten jedoch sinnvollerweise in der genannten Abfolge durchgef hrt werden Die Messungen am ge ffneten Strang sollten zusammengefasst werden d h erst nach der Isolationsmessung sollte die Funktionspr fung mit der Inbetriebnahme des Wechselrichters erfolgen Lichtb gen entstehen in einem PV System typischerweise nicht schlagartig und ohne vorherige Anzeichen sondern werden meist durch Alterungserscheinungen Degradation ausgel st Bereits im Vorfeld sind Anzeichen auffindbar Durch eine regelm ige Wartung z B alle 2 Jahre k nnen Kritische Stellen rechtzeitig erkannt und urs chliche Fehler behoben werden Die wichtigste Pr fung dabei ist eine gr ndliche optische Begutachtung der Anlage durch einen Fachmann Viele Sch den k nnen leicht mit blo em Auge aufgefunden werden Dazu z hlen z B Modulbruch Verf rbung oder Verformung von Modulen und Anschlussdosen por se oder aufgescheuerte Kabel durch Hitze angeschmolzene Steckverbinder oder berm ige Verschmutzung Erhitzungen k n
353. spektrometer Gleichstrom Anschluss Kasten Hochleistungsfl ssigkeitschromatographie englisch high performance liquid chromatography H he ber Normal Null Infrarot Thermographie International Electrotechnical Commission International Organization for Standardization Internationale Elektrotechnische Kommission kristallines Silizium Dickschicht Modul Kupfer Indium Diselenid Landesbauordnung Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma englisch inductively coupled plasma mass spectrometry Maximum Power Point Mechanical Load Mechanische Belastung mikromorphes Silizium Musterbauordnung PA PAC PET PSA PVB PVF STC UL VFDB WT 2 0 Polyamid Protective Action Criteria Polyethylenterephthalat Pers nliche Schutzausr stung Polyvinylbutyral Polyvinylfluorid Standard Test Conditions Strom Spannungs Diagramm auch I U Kennlinie Underwriters Laboratories Vereinigung zur F rderung des Deutschen Brandschutzes Wet Leakage Leckstrommessung unter Ben ssung 271 VII Literaturverzeichnis 1 L Photon Markt bersicht Wechselrichter Photon Profi 3 2013 2 http www photovoltaik org wissen leistungsgarantie Online Zugriff am 22 01 2015 3 T Sch pf Seminar St rlichtbogenschutz Grundlagen der Kontaktphysik Haus der Technik M nchen 2011 4 P Slade Electrical Contacts Marcel Dekker New York 1999 5 J Zornikau Untersuchung der Entstehung von Lichtb
354. sseranalyse Modultyp CIS berechnete Gesamtfreisetzung 303 CURRENTA S 4 3 Modultyp CdTe W rmefreisetzung Rauchentwicklung und Besch digung des Pr fk rpers EEE incl ih Maximale Raucherzeugungsrate m s Durchschnittliche Raucherzeugungsrate m s Gesamte Raucherzeugung 2 Anfangsmasse des Pr fk rpers 0 WW l i g 3 0 2 Restmasse des Pr fk rpers Massenverlust Massenverlust Masse der Brandr ckst nde g Verbrannte Masse g Zerst rte Fl che m Tabelle 17 Brandtechnologische Kennwerte Modultyp CdTe A 5 J NW 2 9 03 W rmefreisetzungsrate kW 304 CURRENTA S Modultyp CdTe W rmefreisetzungsrate Ni TTT L Allee ED ED U ER HE La uR a E een LJ P ZZ Z Ze z h A ar A Zeit s Abbildung 8 W rmefreisetzungsrate Modultyp CdTe E u E 77 3 ER bi S ZS T d DE Modultyp CdTe Raucherzeugungsrate a d L aA TC CTTT CC CITT CT TTT CT CT HEEEENEENEEEEEEEEEEEEEEEEEREEENE sA aA AAA Treten ALT EL KIEZ EEEEFEEEEEEEESEEEEE SES ER Zeit s Abbildung 9 Raucherzeugungsrate Modultyp CdTe 305 Rauchgasanalyse Arsen Blei Cadmium Selen Kohlendioxid Kohlenmonoxid Cyanwasserstoff Chlorwasserstoff mg m Bromwasserstoff mg m Fluorwasserstoff mg m St
355. ssssssssssssssssnsnennnnn 155 TABELLE 4 16 PV TECHNOLOGIEN einen 156 TABELLE 4 17 BEISPIEL F R DIE ZUSAMMENSETZUNG EINES STANDARD SI MODULS 215 WP QUELLE 8 ee de 157 TABELLE 4 18 MATERIALIEN UND DURCHSCHNITTLICHE MASSENANTEILE EINES TYPISCHEN KRISTALLINEN STANDARDMODULS GLAS FOLIE IEINSCHEIBENLAMINAT 158 TABELLE 4 19 BEISPIEL F R ZUSAMMENSETZUNG EINES CTE MODULS 120 c 60 CM QUELLE 8 159 TABELLE 4 20 TYPISCHE ZUSAMMENSETZUNG VON GIGS MODULEN DREI HERSTELLER QUELLE 8 159 TABELLE 4 21 METALLE MATERIALIEN UND MASSENANTEILE VON D NNSCHICHTMODULEN CIS CIGS UND EE eege EE 160 TABELLE 4 22 FREIGESETZTE PROZENTUALE METALLANTEILE BEI 1000 C FESTPARTIKEL IM RAUCHGAS UND E EE 162 TABELLE 4 23 MAXIMALE FREISETZUNGSRATEN F R POLYMERE IM BRANDFALL ceeeeeeennnnnnnnneneeeeeeesssnnnenn 163 TABELLE 4 24 MAXIMALKONZENTRATIONEN IM NAHBEREICH ueeeeeesssssseeennnensnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnnnssnsno 163 TABELLE leie Gap d EE 165 TABELLE 4 26 VERSUCHSBEZEICHNUNG sa ac un ana a na an ana Ran Buyer 169 TABELLE 4 27 GEGEN BERSTELLUNG AUSGEW HLTER ERGEBNISSE BEI DEN 9 BRANDVERSUCHEN 170 TABELLE 4 28 GESAMTE RAUCHERZEUGUNG IN M NORMIERT AUF G VERBRANNTE MASSE 171 TABELLE 4 29 MITTLERE RAUCHGASKONZENTRATIONEN C SI Mont 171 TABELLE 4 30 MITTLERE RAUCHGASKONZENTRATIONEN CIS MODUL nannaannnnnnnnannnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenrrnnernnenne 172 TABELLE 4 31 MITTLERE RAUCHGASKONZENTRATIONEN CD TE MODUL
356. stellung oder Kalibrierung von Parametern 236 Es ist zu beachten dass zur Durchf hrung der einzelnen Punkte unterschiedliche Qualifikationen und Ausr stungen erforderlich sind So k nnen gewisse Ma nahmen durch den Betreiber selbst durchgef hrt werden Andere wiederum m ssen durch Fachleute mit entsprechender Qualifikation und Ausr stung durchgef hrt werden z B durch eine Elektrofachkraft Am Markt sind viele Anbieter f r die Wartung von PV Anlagen verf gbar Oft werden auch sogenannte Vollwartungsvertr ge angeboten Dabei ist darauf zu achten dass die durchzuf hrenden Ma nahmen im Vertrag enthalten sind und auch Intervalle festgeschrieben werden Oft werden kombinierte Wartungs und Betriebsf hrungsvertr ge angeboten Der Vorteil besteht drin dass beide Verantwortlichkeiten zusammenfallen und es keine Schnittstellenprobleme gibt Andererseits fehlt hier blicherweise ein Kontrollmechanismus Fazit Turnusm ige und bei besonderen Ereignissen durchgef hrte Inspektionen und regelm ige Wartung tragen dazu bei das Ausfallrisiko auch langfristig zu minimieren und Gefahrensituationen zu vermeiden 5 5 3 Einrichtungen zum Schalten und Trennen Um Inspektion und Wartung durchf hren zu k nnen ist es erforderlich PV Generator und Wechselrichter elektrisch zu trennen Die spezielle Problematik der Abschaltung auf Modulebene im Falle von Feuerwehr oder anderen Hilfseins tzen wird separat in Kapitel 6 3 beschrieben
357. stemen nimmt eine elektrische Abschaltung innerhalb des PV Systems selbst vor Dies kann prinzipiell auf unterschiedlichen Ebenen vom Modul bis hin zum Wechselrichter erfolgen wobei unterschiedlich hohe Erfolge im Sinne eines Personenschutzes erreicht werden Auch differiert der erforderliche Zusatzaufwand deutlich von Ma nahme zu Ma nahme Die oo Anwendungsregel betrachtet hierbei ausschlie lich PV Anlagen an oder auf Geb uden Eine Abschaltbarkeit von Freifl chenanlagen wurde bislang nicht gefordert k nnte aber von Vorteil sein wenn z B Personen aus einem Fahrzeug oder Flugzeug aus einer solchen Anlage z B L rmschutzw lle an Autobahnen geborgen werden m ssen 242 Die in der Anwendungsregel VDE AR E 2100 712 geforderte Grundfunktion besteht darin dass beim Wegfall der Netzspannung oder beim Abschalten des Wechselrichters automatisch die in einem Geb ude verlaufenden DC Leitungen durch eine au erhalb des Geb udes liegende Schutzeinrichtung abgeschaltet werden m ssen Abgeschaltet bedeutet dabei dass e die Spannung kleiner als 120 V sein muss e die Summe aller ausgangseitigen Kurzschlussstr me kleiner als 12 mA sein muss e die Energie des ausgangseitigen DC Systems kleiner als 350 mJ sein muss Die Schalteinrichtungen m ssen wie Bypass Dioden den 1 25 fachen Wert des Nenn Kurzschlussstromes dauerhaft leiten k nnen und sie sollten ein Fail Safe Verhalten aufweisen sprich bei einer Fehlfunktion automatisch in de
358. t man hingegen die Kennlinie des aktiven linearen Zweipols mit der Lichtbogen Z ndgrenzlinie so ist zu erkennen dass kein Schnittpunkt auftritt Der Elektrodenabstand ist zu gro um die Spannung des Bogens bei gegebenem Widerstand zu erhalten PV Generator aktiver linearer Zweipol Lichtbogenkennlinie Spannung Srom Bild 2 4 U l Kennlinie eines aktiven linearen Zweipols und eines PV Generators und die Lichtbogen Z ndgrenzlinie bei einem festen Kontaktabstand schematisch 42 Das hat zur Folge dass aufgrund der stromquellenartigen Eigenschaften des Solargenerators Lichtb gen in PV Systemen schon bei kleineren Kontaktabst nden dauerhafter brennen k nnen als bei konventionellen DC Systemen Zudem k nnen Schaltger te die f r konventionelle DC Quellen ausgelegt sind nicht zwingend auch einen PV Generator mit den gleichen Kennwerten Isc Uoc abschalten Fazit Unter einem Lichtbogen versteht man eine durch Sto ionisation auftretende Gasentladung Plasma zwischen zwei Elektroden welche materialabh ngig bei Vorliegen von Mindestwerten bei Strom und Spannung einen Stromfluss erm glicht Bei Gleichstromsystemen ist dieser Stromfluss nicht selbstverl schend Aufgrund der speziellen PV Generatorkennlinie st tzen PV Anlagen im Fehlerfall auftretende Lichtb gen Der Lichtbogenproblematik ist daher besondere Aufmerksamkeit in Bezug auf Brandentstehungsrisiken zu widmen 43 3 Sicherheit u
359. t rmuster erzeugen die ber die ausgedehnte Verkabelung einer PV Anlage eingefangen werden k nnen Diese St rmuster k nnen in denselben Frequenzbereichen f r erh hte Signalanteile sorgen wie es f r Lichtb gen typisch ist e Auch der Wechselrichter als Teil der Anlage sorgt mit seinen f r die Energiewandlung verwendeten Schaltfrequenzen ca 1 kHz bis zu mehreren 10 kHz und dazugeh rende Harmonische f r St rungen und Rauschanteile die als Auswirkungen eines Lichtbogens missinterpretiert werden k nnen Dieser letzte Punkt ist insofern besonders schwer in den Griff zu bekommen da jeder Wechselrichter ein anderes St rspektrum verursacht und dieses auch noch von Vorg ngen wie MPP Tracking Teillastbetrieb oder Netzdienstleistungen beeinflusst wird Es ist also sehr anspruchsvoll einen Lichtbogendetektor zu bauen der mit jedem auf dem Markt befindlichen Wechselrichter zusammen und unter allen Betriebsbedingungen funktioniert F r Abhilfe k nnen hier neben robusten und ausf hrlich getesteten Detektionsalgoritnhmen auch zweckm ige Abschaltkonzepte z B zeitlich leicht verz gerte Abschaltung oder nach einer gewissen Wartezeit in ausgeschaltetem Zustand mehrmaliges probeweises Wiedereinschalten vor endg ltiger Abschaltung sorgen sofern dies normativ erlaubt ist Fazit Zusammenfassend l sst sich feststellen dass Lichtbogendetektoren bei besonderer Gefahrenlage ein Sicherheitsplus darstellen k nnen Dies ist aller
360. t bei berfluteten Bereichen ein Betreten erst nach Herstellung der Spannunggsfreiheit m glich GUV I 8677 Um eine Spannunggsfreit herstellen zu k nnen sollten durch eine Elektrofachkraft s mtliche unter Wasser stehenden Anlagenteile vom Generator getrennt werden Somit kann auch eine weitere Wasserstoffproduktion vermieden werden Auf Grund der m glichen Knallgasbildung m ssen beim Vorgehen der Einsatzkr fte Ex Messungen durchgef hrt werden Sofern bei diesen Messungen eine Explosionsgefahr festgestellt wird oder aufgrund konkreter Anzeichen davon ausgegangen werden muss ist der Absperrbereich f r diese Gefahr gem den blichen Abst nden anzupassen Weiterhin k nnen bei Besch digung von elektrischen Speichern toxische und tzende Gase entstehen z B HF Durch gezielte Bel ftung der betroffenen Bereiche kann diesen Gefahren entgegengewirkt werden 251 7 Zusammenfassung und Ausblick In diesem Leitfaden wurden die Ergebnisse von mehr als 3 Jahren Forschungsarbeit der Verbundpartner mit Unterst tzung durch weitere PV Experten Fachverb nde Industriepartner Feuerwehren Installationsfirmen Versicherungen und Betreiber zusammengefasst Die Arbeiten umfassten mehrere Themenkomplexe e Brandrisikobewertung in PV Anlagen sowohl f r den Fall der Fremdeinwirkung durch Feuer von au en als auch f r Brandentstehungsrisiken innerhalb der PV Anlage selbst e Risikobewertung beim PV Brand f r Einsatzkr fte insbesondere de
361. t der Lichtbogen auf Grund seiner visuellen und akustischen Erscheinungsform gut erkennbar Die Eintrittswahr scheinlichkeit kann deshalb als eher gering angenommen werden 4 2 1 5 berflutung Bei der berflutung von Bauteilen der PV Anlage z B durch Hochwasser L schwasser oder L schschaum kann es zu Kontakt von spannungsf hrenden Teilen mit dem Wasser kommen Dadurch ist eine Spannungsverschleppung im n heren Umfeld der betroffenen Anlagenteile m glich Gefahr Elektrischer Schlag Risikoma zahl EI Schutzziel Vermeidung einer indirekten Ber hrung durch Wasserkontakt Bewertung Es ist vor allem in ausgedehnten oder verwinkelten Geb uden oder bei schlechter Sicht durch Rauchgase nicht ersichtlich ob spannungsf hrende Anlagenteile von der berflutung betroffen sind Das Risiko f r einen Stromfluss durch den K rper aufgrund berfluteter Bereiche muss beachtet werden 4 2 2 Brandbek mpfung 4 2 2 1 Wasserbeaufschlagung Durch bei L scharbeiten aufgebrachtes Wasser oder andere L schmittel auf besch digte Anlagenteile kann es unabh ngig von der Montageart Dach Wandmontage Freilandanlage zu einer Spannungsverschleppung kommen Gefahr Elektrischer Schlag Risikoma zahl 4 113 Schutzziel Vermeidung der Spannungsverschleppung Bewertung Aufgrund der geringen Leitf higkeit des L schwasserstrahls siehe Kapitel 4 5 1 tritt eine Spannungsverschleppung nur beim Zusammentreffen mehrerer ung nstiger Paramete
362. t z B Halogen Metall Dampf durchgef hrt Der Einfachheit halber wurde der Kurzschlussstrom zur Beurteilung des Gefahrenpotentials benutzt Er ist aufgrund der flachen l U Kennlinie des PV Moduls geringf gig h her als ein angenommener durch den menschlichen K rper mit minimal 500 Q flie Bender Strom und erh ht damit auch den Sicherheitsfaktor der Aussagen Die Messwerte der Versuchsreihe mit kompaktem String von 6 Modulen sind in Bild 4 27 aufgezeigt Die Schnittpunkte mit den nach IEC 60479 1 festgesetzten Grenzwerten bez glich Auswirkungen auf den menschlichen K rper zeigen uns die minimal festzusetzenden Abst nde K11 000 WIHM K6 1 000 W H a K2 140 W Xenon b K7 2 000 W H A K3 70 W Xenon zb 4 000 W H d KA 2 000 W H K9 4 000 W H HM e 6 000 WIH HM 01 Kai arar i Ui ES A A 6 TR D m I 2 13 14 135 16 17 18 19 20 d m Bild 4 27 Kurzschlussstrom gemessen und extrapoliert bei Bestrahlung mit Halogenstrahlern unterschiedlicher Leistung 145 4 5 2 3 Empfehlung f r Mindestabst nde Die Auswertung und Extrapolation der Messwerte ergaben folgenden abgeleiteten Zusammenhang zwischen Gesamtleistung der Strahler und Abstand zum Modulfeld mit angenommenem Grenzwert lc 25 mA Grundabstand bei aufgenommener Gesamtleistung der Strahler bis max 1 kW d Paut 1kw 10 m 1 Abstandsformel bei aufgenommener Strahlerleistung gr er 1 kW d Pautsikw 10 m Paut pwj 1
363. tbogen auf der zweimal pro Stromperiode f r kurze Zeit verlischt um bei erneut ausreichender Spannung wieder zu z nden Anders stellt sich die Lage im Falle eines Gleichstromsystems dar wie es bei PV Modulen der Modul Verkabelung und der String Verteilung einer PV Anlage bis hin zum Wechselrichter vorliegt Hier gibt es keinen Nulldurchgang Lichtb gen bleiben bestehen und k nnen stabil brennen solange Spannung und Strom f r ihren Erhalt ausreichen Dies kann durchaus auch l ngere Zeit bis zu einigen zehn Minuten der Fall sein Da Gleichstrom Lichtb gen nicht intermittierend sind sondern konstant brennen hat ihre Strahlung eine andere Charakteristik als die von Wechselstrom Lichtb gen Deshalb kann man Gleichstrom und Wechselstromlichtb gen nicht unbedingt mit den gleichen Verfahren detektieren 2 2 2 Lichtbogencharakteristik bei unterschiedlichen DC Quellen Wird ein Lichtbogen von einer Energiequelle versorgt so bilden die U l Kennlinien des Generators und die Lichtbogen Z ndgrenzlinie entsprechend Bild 2 2 einen Schnittpunkt In Bild 2 4 wird die Lichtbogen Z ndgrenzlinie bei einem festem Elektrodenabstand mit den Kennlinien eines PV Generators und eines aktiven linearen Zweipols Spannungsquelle mit einem inneren Widerstand mit gleicher Leerlaufspannung und gleichem Kurzschlussstrom dargestellt Es ist deutlich zu erkennen dass die PV Generatorkennlinie Schnittpunkte mit der Lichtbogen Z ndgrenzlinie aufweist Vergleich
364. teckverbindern unterschiedlicher Hersteller angesehen und mit einer RPZ von ca 450 bewertet Weiterhin tauchen neben Fehlern in der Komponentenfertigung berwiegend Installations und Planungsfehler als kritisch auf Bild 3 57 Baugruppen Funktionen mit einer RPZ gt 150 104 X N Af 5 N st d ZZ x AN Dy d d X d ZS gt s d af w Es Ba 2 S EN Er S IL a S S EEE EEE LS LE ee ELLE A A sf gi e S d A WI ZZ A r A A ZS SS SZ SZ d i Z d ea Bi PN RS Z ef i r amp w e RS as e s Ex P 3 u A to i ki S cf ei De ce Ex a Ke Es gF aS Q vn gw Er ES di gs r Q D Q E Z P S F e ei P lt S gt ETS N N e ef s i g amp T S Bild 3 58 Baugruppen Funktionen mit einer RPZ lt 150 Nachfolgende Tabelle zeigt eine beispielhafte Bewertung unterschiedlicher Verbesserungsma nahmen bei einem nicht vollst ndig gesteckten DC Stecker nebst Kommentaren des FMEA Teams Tabelle 3 5 Beispielhafte Bewertung unterschiedlicher Verbesserungsma nahmen m gliche Auftritts Brandausl sungs Entdeckungs past cache wahrscheinlichkeit wahrscheinlichkeit wahrscheinlichkeit Farbring etc RPZ Methoden z B IR fhs Wiederholungspr fung DIN 0126 105 Durch eine Schulung Sensibilisierung der Installateure l sst sich die Qualit t der Installation verbessern wodurch das Kriterium Auftrittswahrscheinlichkeit verbessert wird Vom FMEA Team wurde aber das Verbesserungspotenz
365. tehenden W rme daher sehr wichtig Bild 3 45 zeigt hierzu verschiedene L sungen u a Abstandshalter zum Modul Huber amp Suhner Produktfamilie HA3 und RH3 Metallplatten mit K hlrippen Aluminium FPE Fischer Solon Ummantelungen mit w rmeleitf higem Silikon w rmeleitf hige Verbindungen zum Alu Rahmen Spelsberg Dabei ist jedoch die Einhaltung der Bedingungen f r Schutzklasse 2 zu beachten Foto Huber amp Suhner Anschlussdose mit Foto FPE Fischer Aluminium Anschlussdose mit Abstandshalter K hlrippen Bild 3 45 W rmeableitungen Zu 4 Brandrelevante Materialeigenschaften Auch aktuelle Anschlussdosen werden fast ausschlie lich aus Kunststoffen gefertigt Diese Materialien m ssen folgende Anforderungen erf llen e Temperaturbest ndigkeit e Flammwidrigkeit und Halogenfreiheit e Festigkeit e Witterungsbest ndigkeit e K lteschlagfestigkeit Daf r stehen eine Reihe technischer Kunststoffe wie Ultramid A3XZG5 PA von BASF oder RYNITE PET Kunststoffe PES von DuPont zur Verf gung Diese sind thermoplastisch und mineralisch verst rkt z B durch Glasfaseranteile Auf dem Markt sind seit 2007 ebenfalls Anschlussdosen aus Aluminium z B von FPE Fischer aktuell FPEALO008 Intersolar 2011 31 Auch bei diesen Dosen befindet sich im Inneren eine Kunstoffbox zur Aufnahme der elektrischen Anschl sse Die Aluminiumausf hrung der Au enhaut ist laut Hersteller ein Garant f r eine extrem lange Haltba
366. ter brennen und dadurch den Brand weiterleiten Dies trifft auch f r Glas Glas Module zu Betrachtet man die W rmefreisetzungsrate in diesen Versuchen so erkennt man dass das Brandgeschehen vorwiegend zwischen ca 4 Minuten nach Beginn der Beflammung und ca 12 Minuten abl uft danach sinkt sie relativ rasch Beispielhaft ist dies f r das c Si Modul nachfolgend dargestellt Bei den anderen beiden Modultypen sind hnliche zeitliche Verl ufe festgestellt worden lediglich die H he der Werte differiert Modultyp c i W rmefreisetzungsrate Versuch 1A Versuch 1B Versuch 1C mn z k 2 Fi e E H el 7 e Ba E E bk La z 120 180 240 300 380 420 480 Zeit s Bild 3 4 W rmefreisetzungsrate des c Si Moduls w hrend der Versuche rot 25 kW gr n 150 kW Brenner blau hier wurde das Feuer nach 7 min gel scht an dieser Stelle nicht relevant Die von Experten der Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung BAM im Rahmen eines Forschungsprojektes 12 zum Brandverhalten von PV Modulen durchgef hrten Brandversuche beinhalteten mehrere verschiedene Versuchsreihen u a auch eine Reihe mit analoger Beanspruchung zu den hier beschriebenen Versuchen durch eine Gasflamme von unten Die dabei eingesetzte Brennerleistung betrug allerdings lediglich 30 kW bei einer kompakten Flamme punktuelle Belastung gegen ber fl chiger Belastung im Rahmen dieses Projektes durchgef hrter Versuche 48
367. theinlidhkeit Kommentar ort Bedeutung Bedeutung rk Besch digung der A ckseften Folie durch Mantagefehler Alterung Beiaminierung oder Yandallsmus Zeillsch den wie Mikrorsse Schneckenspuren er berhitzung mangelndes Schaltverhalten Vensvendung ungeeigneter Sicherungen geg Nur wenn m glich 2 oder 3 z 5 Ac Sicherungen oder Strings unzureichender Spannungs oder Stromparameter oder ungeeignete S 192 nach DIN 0126 23 Installation b C Sicherungen berhitzung durch starke B ndelung hohe Umgebungsternperaturen Derating etc AC Sicherungen berhitzung 285 Ist Zustand Werbesserter Zustand Beteiligte S Brandausl sungs Erandausl sungs T Auftritts 9 9 e S SC S SC S Entdeckungs een A ee nn wahrscheinlichkeit mug wahrscheinlichkeit Abstellma nahmen wahrscheinlichkeit pree wahrscheinlichkeit Entdeckungs m gliche Auftritts Kommentar berhitzung durch starke B ndelung hohe umgebungsternperaturen bDerating etie Braunf rbungen zus tzlich erkennbar Kabel DC und AC Mechanische Besch digung solstiarsfehler Liehtbogen Besch digung durch achtiose Installation Elektrische berlastung wg Querschnitt oder geh ufter Verlegung bC Schalter innerhalb oder Schalter verschmart kein au erhalb des Trenmerm gen Wiechselrichters Semessungsspannung und Strom unzureichend 286 Ist Zustand Werbesserte
368. tigt werden Bei der Planung von PV Anlagen auf Sonderbauten wie sie in den Bauordnungen des jeweiligen Bundeslandes definiert sind und bei speziellen Dachformen sollten Brandschutzsachverst ndige hinzugezogen werden Elektro Installationsanforderungen Die VDE Anwendungsregel VDE AR 2100 712 Mindestanforderungen an den DC Bereich einer PV Anlage im Falle einer Brandbek mpfung oder technische Hilfeleistung ist bei der Installation zu beachten Da am PV Generator am Tage eine nicht abschaltbare Spannung bis zu 1000 V anliegt kann der Einsatz der Feuerwehr bei der Brandbek mpfung erschwert werden Die Feuerwehreinsatzkr fte m ssen beim Einsatz auf die Sicherheitsregel beim L schen von elektrischen Anlagen festgelegt in der VDE 0132 achten So sind entsprechende Sicherheitsabst nde von einem Meter bzw f nf Meter beim L schen mit Spr hrohr bzw Strahlrohr einzuhalten Au erhalb des Geb udes kann dieser L schabstand zur PV Anlage in der Regel problemlos eingehalten werden Dagegen ist bei einem Feuerl schangriff oder Personenrettung im Geb ude die Einhaltung des Sicherheitsabstandes nicht immer m glich z B bei eingeschr nkter Sicht durch Rauchentwicklung Deshalb wurde in der VDE AR 2100 712 als Schutzziel bei der Planung und Installation von PV Anlagen die Vermeidung von gef hrlichen ber hrbaren DC Spannungen im Geb ude im Brandfall formuliert so dass die Personenrettung und Brandbek mpfung im Geb udeinneren sicher
369. tikel auf eine 2 dimensionale Ebene 150 kW 25 kW Brennerleistung 150 kW Brennerleistung Brennerleistung L schwasserversuch W rmefreisetzung in kJ Modultyp c Si 7631 59197 27747 Modultyp CIS 9699 84712 17506 Modultyp CdTe 15809 9786 Die vergleichende Darstellung zeigt dass bauartabh ngig gro e Unterschiede bei allen 3 Kenngr en Masseverlust Raucherzeugung gesamt und W rmefreisetzung gesamt zu verzeichnen sind Das Glas Glas Modul CdTe weist hier durch die fehlende R ckseitenfolie im Brandverhalten deutlich g nstigere Eigenschaften als die beiden anderen Module auf Beim Vergleich der beiden Glas Folie Module muss ber cksichtigt werden dass bei CIS Technologie eine gr ere Masse zur Verf gung stand die verbrannte Masse ebenfalls gr er war und demzufolge auch die W rmeleistung h her war Bezieht man die Raucherzeugung auf die jeweils verbrannte Masse so verringert sich die Differenz Insgesamt zeigt das Brandverhalten des CIS Modultyps jedoch auch hier im Vergleich zum c Si Modultyp ein ung nstigeres Bild siehe Tabelle 4 28 171 Tabelle 4 28 Gesamte Raucherzeugung in m normiert auf 19 verbrannte Masse Raucherzeugung in m verbrannte 25 kW Brennerleistung 150 kW Brennerleistung Masse Modultyp c Si Modultyp CIS Raucherzeugung in m bedeutet die Projizierung aller erzeugten Rauchpartikel auf eine 2 dimen sionale Ebene Chemische Analysen Bei den Analysen wird jeweils die Masse
370. tl vorhandener Abschalteinrichtung davon ausgehen dass die Anlage nicht spannungsfrei ist Sie h lt sich daher an die bew hrten Grundregeln sich elektrischen Anlagen nur mit den vorgeschrieben Abst nden von 1 m zu spannungsf hrenden Teilen und beim L schen von 1m mit Spr hstrahl und 5 m mit Vollstrahl zu n hern Bei einer Ende 2014 in Deutschland bereits installierten Anzahl von mehr als 1 5 Millionen PV Anlagen mit einer Gesamtleistung von ca 38 GW besteht weiterhin eine wesentliche Frage darin ob Abschaltvorrichtungen nachr stbar sind resp eine Nachr stung vorgeschrieben werden kann Neben den technischen Fragen sind dabei auch rechtliche Fragen wie z B der Bestandsschutz einzubeziehen Es ist daher davon auszugehen dass Rettungskr fte mittel und langfristig sowohl Anlagen mit als auch solche ohne Abschaltungsvorrichtungen vorfinden werden Da dies zumeist nicht bekannt sein d rfte m ssen die Rettungskr fte auch zuk nftig jede Anlage wie eine nicht abschaltbare behandeln 241 In anderen L ndern insbesondere in den USA bestehen hierzu durchaus andere Sichtweisen Hier wurde in den aktuellen National Electric Code unter dem Stichwort Rapid Shutdown NEC 690 12 78 die Forderung aufgenommen dass jede Photovoltaikanlage ob geb udeintegriert oder als Freifl che innerhalb von 10 Sekunden abschaltbar sein muss Hierbei darf eine Restspannung von 30 Volt bzw eine Restleistung von 240 VA weiterhin anstehen
371. tlichen Installationen gezeigt wird 57 Bild 3 14 Nicht brandschutzgerechte Installation von Wechselrichtern auf Holz zudem schwer erreichbar f r die Wartung Fotos W Schr der PV Sachverst ndiger 2014 Installationsm ngel sind die h ufigste Fehlerursache Zum Teil k nnen sie den schwierigen Installationsbedingungen im Winter unter hohem Zeitdruck geschuldet sein Teilweise sind sie aber so massiv dass man von fehlender Sachkenntnis der Installateure ausgehen muss Hier eine Liste mit Fehlern die Br nde ausgel st haben e DC Stecker schlecht gesteckt e Stecker schlecht oder gar nicht gecrimpt e nicht angezogene Schraubklemme e mangelnde Abisolierung von Leitungen mit Klemmung der Leiterisolierung e unsachgem e Verarbeitung von Alu Leitungen falsche Klemmen fehlende Drehmoment kontrolle e fehlende Zugentlastung von Kabeln f hrt zu mechanischer Belastung der Klemmen usserer Einfluss ist vor allem Tierverbiss einzelne Blitzschl ge und in einem Fall ein Handwerker der mit zu langen Schrauben das verdeckte Gleichstromleitungsb ndel traf Alu Leitung Diese Fehler sind in den obigen Fehlern schon enthalten Sie sind hier getrennt aufgelistet um die Bedeutung besser sehen zu k nnen 3 3 2 3 Fehlerausl sende Komponente Bei den Diskussionen zur Brandgef hrdung durch PV Anlagen stand bisher die vermeintlich Kritischere Gleichstrom DC Seite im Fokus Wegen der Vielzahl der elektris
372. tor Ende beziehungsweise am Geb udeeintritt Derartige unter dem Namen Feuerwehrschalter bekannt gewordene Trenneinrichtungen m ssen die Anforderungen an ein Schaltger t nach DIN EN 60947 3 VDE 0660 107 oder nach DIN EN 60947 2 VDE 0660 101 erf llen Weitere Anforderungen m ssen noch in einer Produktnorm festgelegt werden 243 Haupt Wechselrichter leitung AC Netz PV Generator DC Verteiler Geb udee intritt Bild 5 45 Beispielhafte Einrichtung zum Trennen am Generatorende Eine Abschaltung durch ein dauerhaftes Kurzschlie en des Solargenerators gem Bild 5 46 ist laut der Anwendungsregel nicht zul ssig Dies ist damit begr ndet dass zwar die hinter der Kurzschlussstelle liegenden Leitungen spannunggsfrei sind an einer Trennstelle im kurzgeschlossenen String aber die volle Stringspannung auftritt was letztlich eine h heres Gef hrdungspotenzial innerhalb des Solargenerators selber darstellt Ein dauerhaftes Kurzschlie en ist also zu vermeiden Ein kurzzeitiges 15 s Kurzschlie en zum Abschalten von Parallel Lichtb gen zwischen zwei stromf hrenden Leitungen ist zul ssig allerdings treten solche Parallel Lichtb gen u erst selten auf ff H al ug j DC i Haupt Wechselrichter TT leitung PV Generator DC Verteiler Bild 5 46 Beispielhafte Einrichtung zum Kurzschlie en am Generatorende Das Bild 5 47 zeigt eine Einrichtung zum Abschalten eines Solarmoduls durch Trennen
373. trischen Speichern Akkus 22222200000220snnnnneeeeennennn 117 4 5 Versuchsserien zur elektrischen Gef hrdung im Rettungeseigegtz nennen 119 4 5 1 Elektrische Leitf higkeit beim L schvorgang s ssssseesssserrsssereressererssserrrsssreresssreressereresseerees 119 4 5 2 Elektrische Sicherheitssituation bei Einwirkung von Kunstlcht nennen 140 4 6 Schaastofffreisetzung IM Brandfall a en A A 148 4 6 1 ZEE UN ee eek 148 4 6 2 Wissensstand ee a a u ae Se el ea a 149 4 6 3 Zusammensetzung der Module und Komponenten nenn 155 4 6 4 zusammensetzung der Branagase nn 160 4 6 5 Toxikologische Grenzwerte u ku 164 4 6 6 3 BOY SI a N 165 4 6 7 Ausammen as SUNE aa eege 178 Optimierungsma nahmen zur Produkt und Anlagensicherheit sosessssoseesesoseosessssosecsesoseosessssoseeo 179 5 1 Vorbeugender Branas CNU a eek 179 5 2 Qualit tssicherungsma nahmen in der Produktion und deren Auswirkungen auf die Risikobeurteilung 181 5 2 1 Herste TT 181 5 2 2 Designver nderungen Modul und System uussss22022sssneeennnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnenssnnennn 184 5 2 3 Sicherheitsqualifizierung von Modulen und Komponenten sssssssssssssessseeresssrreessreressereresseeee 185 5 2 4 Transporktsicherungsma shahhen nee en a ne 204 5 3 Sicherer ANlagenbetnien EE 205 5 3 1 Verhinderung der Entstehung von Lichtb gen berhitzungen Auswahl und Dimensionierung von Komponenten aa een hessen 205 5 3 2 Installations
374. tsprechend wurden diese M ngel auch behoben und gem obiger Aussage kann den Wechselrichtern eine hohe Zuverl ssigkeit und ein normales Brandrisiko zugesprochen werden Bild 3 53 und Bild 3 54 zeigen beispielhaft die Einzelteile eines Stringwechselrichters 9 Di DG O II E EEELUEEE Bild 3 53 Einzelteile eines Stringwechselrichters 38 Bild 3 54 Einzelteile eines Stringwechselrichters 38 95 r Geh useunterteil 2 Geh usedeckel 3 Leistungsplatine a Steuerplatine s Displayplatine s Schrauben 7 Anschlusskabel DC a Anschlusskabel AC 3 Anschlussklemmen 0 Stromwandler m Prozessor age und a Filterdrosseln 3 bertrager ze Widerst nde Gs Relais ze Kondensatoren 7 Sicherung zu Varistoren a Transistoren a Speicherkondensatoren a Speicherdrossel 2 Leistungstransistoren IGET Bild 3 55 Beispiel eines Zentralwechselrichters in einem Schaltschrank 96 Aus der Erfahrung mit einer Vielzahl von Wechselrichtern lassen sich bestimmte potenzielle Fehlerquellen identifizieren denen man bei der Konstruktion besondere Aufmerksamkeit schenken sollte Leiterplatten Bei Wechselrichtern mit einer Leistung von bis zu einigen 10 kW versucht man aus fertigungstechnischen Gr nden m glichst alle Komponenten auf einer oder einigen wenigen Leiterplatten unterzubringen Lediglich die zumeist schweren und volumin sen induktiven Komponenten Drosseln ggf Tr
375. tzt Aus Kostengr nden werden hier oft Trennschalter verwendet Trennschalter d rfen nicht unter Strom abschalten Sie d rfen nur bet tigt werden wenn der Stromkreis zuvor von einem Lasttrennelement unterbrochen wurde 37 Im Hinblick auf die Entstehung von St rlichtb gen in Trennschaltern ist darauf zu achten dass der Schalter f r die Betriebsbemessungsstr me ausgelegt ist Alternativ sind auch DC Leitungsschutzschalter die speziell f r die Anforderungen in PV Anlagen entwickelt wurden auf dem Markt vorzufinden In einigen PV Systemen werden DC Sch tze verwendet Sie sind f r das ferngesteuerte Ein und Ausschalten unter Last sowie zum F hren von Str men bestimmt aber d rfen nicht als Kurzschlussunterbrecher oder Trennelement verwendet werden 37 Grunds tzlich erh ht jedes elektrische Betriebsmittel das eine neue Kontaktverbindung in das System bringt die Gefahr eines Lichtbogens Nur durch fachgerechte Dimensionierung und Installation kann dieser Faktor klein gehalten werden 92 3 5 5 Geeneratoranschlusskasten Mehrere PV Str nge werden im Generatoranschlusskasten zusammengef hrt Es werden die Strangleitungen die Gleichstromhauptleitung und ggf die Potenzialausgleichsleitung angeschlossen Der Generatoranschlusskasten beinhaltet Anschlussklemmen und Trennstellen sowie ggf Strangsicherungen und Strangdioden Oft werden in Generatoranschlussk sten berspannungs ableiter eingebaut die zur Ableitung von be
376. tzungen erfolgt eine Analyse typischerweise eingesetzter Materialien und deren Verhalten bzw m glichen chemischen Reaktionen bei einem Brandereignis Tabelle 4 15 Wesentliche Zusammensetzung von PV Komponenten Module Pee e y Rahmen Metalle Kunststoff Tr germaterial Glas Kunststofffolien metallische Folien BackRails Metalle Kunststoff Solarzellen je nach Technologie Silizium Kunststofffolien Metallfolien Farbstoffe diverse Schwer Metalle Einbettung Gie harz Kunststofffolien Gleichstromanschlussk sten GAK Wechselrichter Metalle Glas Kunststoffe In einer PV Anlage sind mengenm ig betrachtet die PV Module mit ihren Unterkonstruktionen und Anschlusskabeln sowie Steckverbindungen weit berwiegend deren Anzahl von ca einem Dutzend bei kleinen Dachanlagen auf Einfamilienh usern bis zu mehreren Zehntausend bei Freifl chen Gro anlagen reicht W hrend Unterkonstruktionen und Kabel aus eher unkritischen Metallen und hinsichtlich Rauchgase zu ber cksichtigender Polymere bestehen enthalten die PV Module technologieabh ngig eine Vielzahl von Stoffen die teilweise auch in sehr geringen Mengen als stark gesundheitsgef hrdend eingestuft werden Die nachfolgenden Materialbetrachtungen fokussieren PV Module mit ihren technologieabh ngigen Zusammensetzungen Basierend auf den in PV Modulen eingesetzten Zelltechnologien werden blicherweise PV Module in drei Hauptgruppen eingeteilt Kristalline Module D nns
377. und wiederkehrende Pr fungen Darin sind Mindestanforderungen f r die Inbetriebnahme dokumentiert Diese beziehen sich allerdings hauts chlich auf den DC Teil F r den AC Teil und die gesamte Anlage gelten die blichen elektrotechnischen Normen und Standards wie z B VDE 0100 Teil 610 Die Inbetriebnahme erfolgt meist durch den Anlagenerrichter selbst Er muss best tigen dass die Anlage ordnungsgem in Betrieb genommen wurde und gefahrlos betrieben werden kann Damit kann die Anlage an den Eigent mer oder Betreiber bergeben werden Nach bergabe an den Eigent mer vorbehaltlich der Abnahme haftet dieser f r die Gefahren oder Sch den die durch den Betrieb verursacht werden Folglich hat er f r einen ordnungsgem en Betrieb Sorge zu tragen bzw kann diese Aufgabe an einen Betreiber bertragen gem 2 E I eg ri Em i Uu A AA A N H er 4 Bild 5 33 Strangmessungen am Generatoranschlusskasten Sinnvollerweise sollte eine entsprechende Unterweisung der Betreiber vor bergabe der Anlage erfolgen Gleicherma en sind alle notwendigen Dokumente die f r Betrieb und Wartung notwendig bzw hilfreich sind an den Eigent mer zu bergeben Zur Dokumentation geh ren insbesondere e Anlagenbeschreibung z B mit bersichtsplan e Schalt und Stromlaufpl ne e Produktdatenbl tter e Betriebsanleitungen e Gegebenenfalls Zertifikate Garantiebescheinigungen etc e nbetriebnahmeprotok
378. und technischen Hilfeleistungen z B Abtragen von Schneelasten auf statisch gef hrdeten D chern muss ggf die Dachfl che betreten werden Dabei ist es m glich auch Modulfl chen betreten zu m ssen Vorgesch digte oder durch das Betreten erfolgte Sch digungen der Module k nnen auftreten und unter Umst nden zur Ber hrung direkt oder indirekt spannungsf hrender Teile f hren Gefahr elektrischer Schlag Risikoma zahl EI Schutzziel Vermeidung der Ber hrung von direkt oder indirekt spannungsf hrenden Teilen Bewertung Module sind nicht auf das Betreten ausgelegt Im Falle des Betretens kann es zu Besch digungen der Module und daraus zur Gef hrdung der Einsatzkr fte kommen Die Wahrscheinlichkeit einer Spannungsber hrung wird als eher gering eingestuft jedoch kann es zu einem erheblichen Verletzungsausma kommen 112 4 2 1 4 Entstehen von Lichtb gen Sch den in Folge von Brandeinwirkung oder mechanischen Einwirkungen k nnen zu Lichtb gen f hren Durch die hohe freiwerdende Energie mit Lichtbogen Temperaturen von mehreren Tausend Grad kann es zu Verbrennungen oder vor bergehender Sch digung der Augen Lichtblitz kommen Gefahr Verbrennung physiologische Blendung mit Augensch den Risikoma zahl I Schutzziel Vermeidung des Kontakts mit dem Lichtbogen oder Blick in den Lichtbogen Bewertung Im Gegensatz zu den blichen elektrischen Gefahren die durch die menschlichen Sinne nicht wahrgenommen werden k nnen is
379. ung Der Technische Leitfaden Photovoltaikanlagen VdS 3145 aus 07 2011 gibt Hinweise aus Sicht der Versicherer zur Auswahl Planung Errichtung und Betrieb von netzgekoppelten PV Anlagen mit dem Ziel des Vermeidens bzw des Minimierens von Betriebsunterbrechungen Br nden und Sch den Die Richtlinie VdS 2010 Risiko orientierter Blitz und berspannungsschutz gibt ma geblich die Risiko und Schutzklassen f r den Blitz und berspannungsschutz an Die Richtlinie VdS 2025 gibt Hinweise zur Planung Auslegung Errichtung sowie zum Betrieb von Kabel und elektrischen Leitungsanlagen Der Bundesverband Solarwirtschaft BSW entwickelte zusammen mit dem Zentralverband der Deutschen Elektro und Informationstechnischen Handwerke ZVEH den Anlagenpass f r PV Anlagen www photovoltaik anlagenpass de Dieser besteht im Wesentlichen aus einem mehrseitigen Formular und Abnahmeprotokoll mit dem die Abnahme und Dokumentation fachgerecht erfolgen kann und gibt an welche Richtlinien in der Planung und Installation der Anlage beachtet werden sollten s auch 8 Anhang IX Anlagen c 38 2 Lichtbogen Physikalischer Hintergrund und DC Problematik Lichtb gen sind Plasmastr me und als glei endes ab einer gewissen Gr e bogenf rmig auftretendes Licht mit typischen knisternden Ger uschen wahrnehmbar Die Temperaturen eines Lichtbogens k nnen mehrere Tausend Grad erreichen W hrend Wechselstrom Lichtb egen aufgrund der Spannungs und Stromnull
380. ung an die Norm VDE 0132 Brandbek mpfung und Hilfeleistung im Bereich elektrischer Anlagen vorgenommen Die im Versuch gemessenen Str me werden wie beschrieben hinsichtlich einer m glichen Gef hrdung einer Einsatzkraft beim L schangriff auf Photovoltaikanlagen bewertet L schger te und L schmittel Als L schmittel wurde Wasser mit einer elektrischen Leitf higkeit von 630 uS cm 20 C verwendet Bekannterma en erh ht L schschaum die elektrische Leitf higkeit des Wassers und darf bei Br nden in spannungsf hrenden Anlagen nicht verwendet werden Zur Demonstration der praktischen 125 Auswirkungen wurden zus tzlich Messungen bei Einsatz eines Schauml schmittels Class A Schaum durchgef hrt In den Versuchen wurden in Deutschland allgemein verbreitete Strahlrohr Typen ein C Mehrzweckstrahlrohr CM Bild 4 6 und ein C Hohlstrahlrohr Bild 4 7 verwendet Das CM Strahlrohr ist nach DIN EN 15182 3 genormt ersetzt die alte DIN 14365 Bei 5 bar Flie druck mit aufgesetztem Mundst ck von 9 mm Durchmesser wird eine Wasserdurchflussmenge von ca 120 l min erreicht Es hat jeweils eine Einstellm glichkeit f r Vollstrahl V und eine f r Spr hstrahl S bei 15 Spr hwinkel Die Durchflussmenge ndert sich dabei nicht Die Wurfweite bei Vollstrahl betr gt ca 15 m Abbildung 6 Das C Hohlstrahlrohr entspricht der Strahlrohrnorm DIN EN 15182 2 Bei 5 bar Flie druck l sst sich die Durchflussmenge ber einen Drehring
381. ung und Anwendung der Kombination der europ ischen etablierten Dachbrandpr fungen zusammensetzen Auf Basis dieser Pr fmethoden soll eine qualifizierende Aussage in Bezug zur Brandweiterleitung durch die Geb udeintegrierte Photovoltaik GIPV bzw die Beeinflussung der darunterliegenden Dachhaut durch die Geb udeadditive Photovoltaik GAPV bei Flugfeuer und strahlender W rme getroffen werden k nnen Die Erkenntnisse sollen in die internationale europ ische Normung m nden und dort ma geblich zur Arbeit an einer harmonisierten Pr fvorschrift dienen Die Versuchsserien sollen auf Basis bestehender europ ischer Brandbelastungspr fungen f r D cher die Einfl sse auf GIPV bestimmen Hierbei soll vor allem die Wahl geeigneter Brands tze Windbelastungsparameter als auch zus tzlicher Strahlungsquellen entscheidend f r die Versuchsdurchf hrung simulierter Br nde getroffen werden F r GAPV werden erstmalig die Auswirkungen einer Aufdach Modulinstallation f r das Szenario eines Brandherds zwischen PV System und Bedachung untersucht z B Flugfeuer von externen Br nden herr hrend oder eine verirrte Feuerwerksrakete Die unterschiedlichen Bedachungsarten in Deutschland und die verschiedenen Platzierungen der Brands tze Position und Aufbau sollen hierbei mittels Temperaturmessungen zus tzlich charakterisiert werden Die Erkenntnisse aus dieser Versuchsreihe sollen die Antragsteller in die Lage versetzen zu beurteilen in welchem
382. ungen in der Transformatorstation oder bei gro en Anlagen in der Mittelspannungsstation Bild 5 41 Hier m ssen entsprechende Einrichtungen zum Trennen Kurzschlie en und Erden vorgehalten werden z B ein Erd und Kurzschluss Kit f r den Transformator siehe Bild 5 42 Entsprechende Schalthandlungen d rfen an diesen Stellen nur durch Fachpersonal mit Schaltberechtigung und gegebenenfalls Schutzausr stung durchgef hrt werden Bild 5 41 Mittelspannungsschaltstation Bild 5 42 Erd und Kurzschluss Kit f r den Transformator 5 5 4 Automatische Anlagen berwachung Monitoring Wie in den vorherigen Kapiteln beschrieben kann nicht zwangsl ufig davon ausgegangen werden dass PV Anlagen ber die gesamte Betriebsdauer von blicherweise mindestens 20 Jahren bei neuen Anlagen geht man von bis zu 30 Jahren aus st rungsfrei und ohne Leistungs oder Ertragsver nderung arbeiten Um Ertragseinbu en durch St rungen Teilausf lle oder Leistungsverringerung bestm glich zu begrenzen sind eine qualifizierte Parameter berwachung sowie eine schnelle Fehlererkennung und weiterleitung erforderlich Dies wird blicherweise durch ein Anlagenmonitoring erm glicht Da die Anlagenparameter direkt von den Einstrahlungsbedingungen und dem Temperaturniveau beeinflusst werden ist ohne Kenntnis dieser Umgebungsbedingungen kein direkter Leistungskennwert ableitbar Entsprechend muss ein hohes Qualit tsma bei der Sensorik auch bei den Einstrahlu
383. urch Atemgifte wird bereits durch 1 abgedeckt eine Verletzungsgefahr besteht z B durch elektrischen Schlag und Absturz aufgrund Schreckreaktion oder durch abst rzende Anlagenteile dies wird durch 8 und 9 behandelt der Punkt wird daher nicht separat betrachtet Explosion im eigentlichen Sinn nein mit Ausnahme bei PV Anlagen mit Speichern und berfluteten Kellerr umen diese Anlagen werden in einer nachfolgenden Studie untersucht sind hier nicht separat betrachtet worden Explosionsartige Effekte k nnen allerdings trotzdem auftreten wenn ein Geb udebrand im Dachstuhl auf die PV Anlage bergreift und hier die Modul Glasscheiben schlagartig platzen Es wurden Berichte bekannt nach denen Glassplitter im Umkreis von 20 bis 30 m aufgefunden wurden Durch Hitzeeinwirkung bei Gro b nden herausgel ste Wafer Bruchst cke wurden durch die auftretende Thermik in gro e H hen transportiert und mehrere hundert Meter weit getragen Elektrizit t ja insbesondere durch die Problematik der unter Spannung stehenden DC Seite treten Gefahren bei Besch digung auf Ber hrungsgefahr und Gefahren beim L schen Einsturz ja durch Hitzeeinwirkung kann die Tragf higkeit einer Stahlkonstruktion beeintr chtigt werden Im Falle einer Holzkonstruktion tritt eine verminderte Tragf higkeit durch den auftretenden Abbrand mit Querschnittsverringerung auf Analog sind diese Effekte f r tragende Gestelle der PV Module anzuwenden 108 Tabelle 4 1 G
384. van Heeckeren Lichtbogendetektion in PV Anlagen OTTI PV Symposium Bad Staffelstein 2013 R Grab Prof Dr H H berlin R Schmitz L Borgna Dr H Schmidt H Laukamp G Bopp F Reil Brandverhalten von PV Modulen VDI Technische Sicherheit Januar 2013 M Halfmann Dr B Bansemer Lichtbogenerkennung bei PV Modulen 9 Workshop Photovoltaik Modultechnik 30 11 2012 S Philipp PV systems a fire hazard Myths and facts from German experiences 27th EU PVSEC 26 9 2012 H Laukamp Schadens und Brandfallanalyse an PV Anlagen 2 Workshop PV Brandsicherheit 24 01 2013 Freiburg H Laukamp Risikoanalyse von PV Systemen mit der FMEA Methodik 2 Workshop PV Brandsicherheit 24 01 2013 Freiburg Dr H Schmidt Erarbeitung neuer Pr fmethoden f r Lichtbogendetektoren 2 Workshop PV Brandsicherheit 24 01 2013 Freiburg R Grab Technische Brandrisikominimierung bei Geb udeintegrierter Photovoltaik BIPV 2 Workshop PV Brandsicherheit 24 01 2013 Freiburg F Reil 256 Fehleranalyseverfahren f r Bypassdioden 2 Workshop PV Brandsicherheit 24 01 2013 Freiburg Dr H Schmidt Brandschutz an PV Anlagen Solarpraxis PV Systemtechnik D sseldorf 08 03 2013 F Reil Bestimmung von Brandrisiken an PV Anlagen und Ableitung von Ma nahmen zur Risikominimierung Fortbildungsst tte der Berufsfeuerwehren NRW AGBF NRW M nster 22 10 2012 F Reil Bauregelung des DIBt mit Baustoffklassifizierung von PV Modu
385. von Parallellichtb gen wird die erd und kurzschlussfeste Leitungsverlegung angewandt Das hei t sowohl die Plus wie die Minusleitung ist doppelt oder verst rkt isoliert oder werden bei einfacher Isolierung in getrennten Leitungsf hrungssystemen verlegt Bei vier Isolierschichten zwischen Plus und Minusleiter ist ein Lichtbogen sehr unwahrscheinlich Damit bei einem Blitzschlag nur m glichst geringe gef hrliche berspannungen induziert werden k nnen sollte die Gr e der Schleife die durch die Verkabelung gebildet wird m glichst gering gehalten werden Gleichzeitig muss aber die Gefahr eines Parallellichtbogens also des Kontakts zwischen zwei Leitern entgegengesetzter Polarit t so gering wie m glich gehalten werden Beide Anforderungen erf llt man durch eine Verlegung doppelt isolierter Kabel nebeneinander oder noch besser durch getrennte Verlegung der beiden Hauptleitungen in direkt benachbarten Kabelrohren Weiterhin sollten die Leitungsverlegung so gestaltet werden dass die Isolierung der Kabel m glichst wenig belastet wird Das bedeutet die Verlegung der Kabel sollte so geschehen dass die Kabel keinem direkten Sonnenlicht ausgesetzt sind nicht dauerhaft unter Wasser stehen sowie nicht ber scharfe Kanten hinweg verlaufen Sie sollten so befestigt sein dass es nicht zu Bewegungen durch den Wind und daraus folgenden Reibungssch den an der Isolation kommen kann Erlaubte Biegeradien sollten beachtet und nicht unterschritten
386. vorgaben Anlagenplanung inkl Brandschutzplanung ussss222222seeeeeenneen 212 5 3 3 Anlagen am oder auf dem Geb ude o s nnsssseeenssseeessssrerssssrerssserersssseresssreeesssreresseerrosserersssereeee 214 5 3 4 REEL EN 220 5 3 5 EICHEDOBENABTEKTION seele 221 5 3 6 Batterien und Laderegler a a a ATER 223 5 4 Spezielle Brandanforderungen f r PV Anlagen auf und an D chern ss22222200222222neee nennen nennen 225 5 5 else dee tele EE 231 5 5 1 DAHIN E 232 5 5 2 Eeer Tue Me Get de EE 235 5 5 3 Einrichtungen zum Schalten und Trennen sieri naiEA EEAEN 236 5 5 4 Automatische Anlagen berwachung Monitoring 238 5 6 Einrichtungen zum Abschalten von Solarmodulen und Genergtoren nenne nennen 240 5 6 1 EE E Ee EE 240 5 6 2 Generelle Anforderungen an Systeme zur Abschaltung eines Solargenerators oder eines Segeler EE 241 5 6 3 Technische Einrichtungen zum Abschalten von Solarmodulen und generatoren 242 5 6 4 AE EE EE 245 5 7 Kennzeichnungs und Informationspflichten o00naene0snanneesnennessneneesseeressserresssereesseeressserresssereessserene 246 6 Ma nahmen zur Erh hung der Einsatzsicherheit f r Rettungskr fte s sseoessecessecsssecsesecseseosssecesseoe 247 6 1 ARIGGENKENNZEIENNUNG ooren EA TETEN E ne he 247 6 2 Feuerwehrplan Leitungsverlegung und technische Einrichtungen asnosnenosnnnosnnnssnnnssnnnesenneseennns 247 6 3 Eins atzvorg pe N Brandal EE 249
387. w Ladeger t m ssen allpolige Plus und Minuspol Trenner vorgesehen werden Diese m ssen im Gegensatz zu den PV DC Schaltern nicht bei Nennstrom trennbar sein es k nnen sogar Stecker oder Spezialklemmen verwendet werden Da das Bedienpersonal in PV Anlagen die Trennung unter Last gewohnt ist und um die Wartbarkeit zu erleichtern wird bei Unterbringung von Laderegler Wechselrichter und Batterie in getrennten Geh usen dringend die Verwendung von Trennvorrichtungen mit Lasttrennverm gen empfohlen Da die Batterie als Spannungsauelle extrem hohe Kurzschlussstr me liefern kann m ssen die Leitungen bis zu den Batteriesicherungen erd und kurzschlussfest verlegt werden Wie bei PV DC Leitungen wird die Verwendung von doppelt isolierten einadrigen Leitungen empfohlen Bei isolierten DC Netzen und bei galvanisch nicht trennenden Batteriewechselrichtern ist eine allpolige Absicherung notwendig Bei geerdeten DC Netzen und bei galvanisch nicht trennenden Batteriewechselrichtern mit durchgef hrtem Neutralleiter muss nur der nichtgeerdete Leiter abgesichert werden W hrend der Ladung und besonders w hrend der berladung treten bei Blei und Ni Cd Batterien Gase aus allen Zellen und Batterien aus Diese entstehen aufgrund der Elektrolyse durch den berladestrom Die Gase bestehen aus Sauer und aus Wasserstoff Durch nat rliche oder technische L ftung muss die Wasserstoffkonzentration unter 4 Volumenkonzentration gehalten werden In der E
388. werden 90 3 5 3 Sicherungen In den Anfangsjahren der Photovoltaik 1985 1995 kamen h ufig Strangsicherungen zum Einsatz Es stellte sich aber heraus dass sie h ufig ausfielen und lokale berhitzungen oder gar Schaltschrankbr nde ausl sten In der g ltigen VDE 0100 Teil 712 sind sie daher nur vorgeschrieben falls die Strombelastbarkeit einer Leitung berschritten werden k nnte Sie sind deswegen nur noch in sehr wenigen Anlagen eingebaut Seit ca 2 Jahren gibt es spezielle PV Sicherungen die so konstruiert sind dass sie bei richtiger Dimensionierung nicht zuf llig ausl sen und auch in einem System mit hohen Spannungen typischerweise bis zu 1000 Voc einen berstrom unterbrechen k nnen Sie sind allerdings mit ca 10 pro St ck recht teuer Eingehende Untersuchungen haben gezeigt dass Strangsicherungen nur bei einer sehr begrenzten Klasse von m glichen Fehlern einer PV Anlage berhaupt helfen k nnen In allen anderen F llen nutzt eine Strangsicherung nichts stellt aber einen zus tzlichen Kostenfaktor und mehrere weitere Kontaktstellen mit entsprechendem Lichtbogenrisiko Potential dar Das einzige Szenario bei dem Strangsicherungen sch tzen k nnen betrifft R ckstr me die parallele Str nge in einen Strang mit teilweise kurzgeschlossenen Bypassdioden treiben k nnen Der zul ssige R ckw rtsstrom f r PV Module betr gt blicherweise das 2 fache des maximalen Kurzschluss stromes Nur wenn mehr als 10
389. werferauswahl wurden nur Technologien ber cksichtigt welche im Bereich der Gefahrenabwehr in Deutschland Anwendung finden Die Berufsfeuerwehr K ln die Freiwillige Feuerwehr K ln L schgruppe Porz Langel sowie das Technische Hilfswerk Ortsverband Siegburg und verschiedene Scheinwerferhersteller unterst tzten die Untersuchungen mit Leihgaben von Einsatzstrahlern und Aufbau der gew nschten Kombinationen Eine Abfrage der Berufsfeuerwehren in Deutschland sowie diverser Organisationen der Gefahrenabwehr ergab dass vorwiegend Scheinwerfer mit Halogengl hlampen mit einer Leistung von 1 000 bzw 1 500 W verwendet werden Zur Anwendung kommen diese in der Regel auf ausziehbaren Stativen und an Lichttraversen auf Lichtmasten Drehleitern und Arbeitskr nen Je nach Ausf hrung ist aber auch der Einsatz als Bodenscheinwerfer denkbar Halogenscheinwerfer mit Leistungen oberhalb von 1 500 W sind nur selten anzutreffen Es werden im Regelfall mehrere Scheinwerfer auf Lichttraversen eingesetzt blicherweise bis zu 8 oder 10 St ck auf einer Konstruktion Neben Halogenstrahlern werden vereinzelt auch Scheinwerfer mit Halogen Metalldampflampen HM Natrium Hochdrucklampen HN und Quecksilber Hochdrucklampen HQ auf Stativen und Lichttraversen eingesetzt Hierbei liegt die aufgenommene Leistung in der Regel bei 1 000 W pro Lampe selten auch h her Die genannten Lampentypen sind die am h ufigsten zur Ausleuchtung einer Einsatzstelle genutzten und f r
390. y Muoresoonce microprobe analysis vertical slice from middle of sample heatod at 1O EL Cd coums in the center and the sides of the slice Bild 4 29 Probe eines CdTe Modules mit Verlauf des Cd Anteils innerhalb der geschmolzenen und wieder erkalteten Probe Quelle 47 Eine aktuelle Untersuchung aus 2011 befasst sich mit m glichen Cadmium Emissionen aufgrund Regenwasseraussp lung bei zerbrochenen CdTe Modulen und durch Rauchgase bei PV Br nden 52 und kommt hierbei zum Schluss dass Gesundheitsrisiken f r Anwohner bzw Besch ftigte und Einsatzkr fte infolge Cadmiumemissionen in Boden bzw Grundwasser oder Luft unwahrscheinlich sind M gliche Risiken durch Bodeneintrag von Schwermetallen Blei und Cadmium bei Freifl chen Anlagen auf oder in der N he von landwirtschaftlichen Fl chen wurden von der bayerischen Landwirtschaft Agentur 46 untersucht Die Risiken aus einer m glichen Auswaschung wurden als minimal eingestuft man empfiehlt dennoch vorsichtshalber einen raschen Abtransport defekter Solarmodule Erste Rauchgasuntersuchungen wurden bereits 1994 im Auftrag von BP Solar durchgef hrt Bei damaliger Technologie wurden bei Temperaturen von 800 900 C f r die gemessenen Konzen trationen 10 min Expositionswerte unterhalb der g ltigen Grenzwerte nach AEGL Acute Exposure Guideline Levels abrufbar unter 51 festgestellt und damit als nicht kritisch eingestuft Weitere Forschungsarbeiten zum Thema Freisetzung von Schwermetalle
391. zanschlusspunkt und Angaben zu den einzelnen Bauteilen u a Hersteller Bauartbezeichnung Stranggr e Bemessungsstrom und Spannung Position und Zug nglichkeit Als Anweisung f r den weiterf hrenden Betrieb der Anlage werden dem Eigent mer Informationen f r den Fall einer Anlagenst rung oder Notabschaltung sowie ber den Anlagenzustand und bestehende Gew hr leistungsanspr che bergeben An dieser Stelle hat der Installateur auch die M glichkeit Wartungsanweisungen zu hinterlassen Bez glich der Inbetriebnahnmepr fung erg nzt die DIN EN 62446 die f r alle elektrischen Niederspannungs Anlagen g ltige IEC 60364 6 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 6 Pr fungen Deutsche Umsetzung DIN VDE 0100 600 36 Diese teilt die Pr fung in Besichtigen sowie Messen und Erproben ein Das Besichtigen umfasst eine Sichtpr fung der Anlage anhand durch die Norm bestimmter Kriterien sowie eine berpr fung der Konformit t aller Komponenten mit g ngigen Sicherheitsvorschriften Das Erproben und Messen beinhaltet jede dar ber hinausgehende Pr fung der Funktionsf higkeit und Sicherheit der Anlage insbesondere die Anwendung von der Norm beschriebener Messverfahren DIN EN 62446 pr zisiert diese allgemeinen Vorgaben f r den Fall einer PV Anlage und erweitert die Pr fkriterien der IEC 60364 6 dahingehend Als Orientierungshilfe f r die Anlagendokumentation haben mehrere Verb nde standardisierte Vordrucke herausgebracht
392. zentrum M nchen M nchen F Reil Normanforderungen f r den Brandschutz von PV Anlagen und Ausblick 25 05 2011 Bauzentrum M nchen M nchen W Vaa en Technische M glichkeiten zur Abschaltung von Solargeneratoren im Schadensfalle eine bersicht und Bewertung 04 03 2011 26 Symposium Photovoltaische Solarenergie Bad Staffelstein Seiten 594 599 Dr H Schmidt bersicht und Bewertung der verschiedenen Abschaltl sungen 08 06 2011 DGS Workshop Photovoltaik und Brandschutz M nchen Dr H Schmidt Determination of Fire Safety Risks at PV Systems and Development of Risk Minimization Measures September 2011 EUPVSEC 2011 Hamburg F Reil W Vaa en A Sepanski B van Heeckeren F G lenc Dr H Schmidt R Grab G Bopp H Laukamp S Phillip H Thiem A Richter A Krutzke R Haselhuhn M Halfmann F Volkenborn Prof Dr H H berlin Brandrisiken in PV Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten November 2011 VDI Fachforum PV und Brandschutz Ein schwelender Konflikt D sseldorf A Sepanski F Reil W Vaa en Brandschutz an PV Anlagen Aktuelle Normanforderungen und Forschungsaktivit ten Oktober 2011 TRLP Wechselrichter Symposium K ln F Reil Qualit tskontrolle von PV Anlagen im Systemhaus Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln A Richter Statistische Schadensanalyse an deutschen PV Anlagen Januar 2012 Brandschutz Workshop K ln H Laukamp Lichtbogenversuche an Modu
393. zm zm zg A A A 8 A A A A EEE DE i Wohnhaus DUY Freischalteinrichtung Datum bersicht Projekt Aufstellort der Datum der Erstellung Luftbild des Geb udes Projekt Nummer en resse Legende Kunde Spannungs gt Name und Mobilfunknummer f hrende Leitung spannungsf hrende k Inhalt PV Anlage Erstellt durch Leitung feuerfest r s verlegt bersichtsplan f r Einsatzkr fte Komplette Adresse und Gi PV Generator BT aaa Telefonnummer N des Anlagen Position der DC Name und Mobilfunknummer herstellers freischalteinrichtung Bild 6 2 Beispiel eines bersichtsplans f r die Einsatzkr fte nach VDE AR 2100 712 249 6 3 Einsatzvorgabe im Brandfall F r den Brandfall wurden bereits in Kapitel 5 unterschiedlichste Szenarien betrachtet Obwohl sich diese Situationen im taktischen und technischen Vorgehen im Einsatzfall unterscheiden kann man die technischen organisatorischen und personellen Schutzma nahmen zusammenfassen Technische Ma nahmen Technische Ma nahmen sollen bei jeglicher Fehlfunktion der Anlage diese automatisch in einen sicheren Zustand bringen Der sichere Zustand ist dann gegeben wenn auch fachunkundige Personen ohne Gefahr an der Anlage arbeiten k nnen Ein zus tzliches Eingreifen von Personen zur Erreichung eines sicheren Zustandes soll nicht notwendig sein Normative technische L sungen sind in Bearbeitung Organisatorische Ma nahmen Bei der Betrachtung der organisato
394. zt sich aus dem Widerstand des L schmittelstrahls dem K rperwiderstand den bergangswiderst nden und den gegebenenfalls vorhandenen hochohmigen Widerst nden in Fehlerstromkreisen zusammen und bestimmt damit die H he eines m glichen Ableitstromes durch den menschlichen K rper Der Widerstand des L schmittelstrahls h ngt von der Entfernung zur spannungsf hrenden Elektrode der Leitf higkeit des L schmittels und den Eigenschaften des L schstrahls Bild 4 10 ab Es wurden Messreihen mit einem einsatz blichen CM Mehrzweckstrahlrohr und einem C Hohlstrahlrohr durchgef hrt Die Versuche wurden mit bei verschiedenen Strahleinstellungen jeweils mit Wasser und vergleichsweise in einer weiteren Versuchsreihe mit Schaum durchgef hrt L schmittel m CE Hohlstrahlrohr CM Mehrzweck Strahlrohrtyp m Abstand Baum analog CM Rohr Echec emm Vollstrahl Spr hstrahl Vollstrahl Spr hstrahl Strahlform Bild 4 11 Versuchspfad zur Leitf higkeitsmessung mit L schmittel Wasser 128 Die H he des Ableitstromes ber den Wasserstrahl h ngt von der Spannung der angespritzten Anlagenteile dem menschlichen K rperwiderstand inklusive bergangswiderst nden und weiteren Widerst nden im Stromkreis der Leitf higkeit des L schmittels und den Eigenschaften des Spr hstrahls ab Bild 4 5 Je gr er die Entfernung der Elektrode desto gr er ist die Auff cherung des L schmittelstrahls und desto g
395. zur Ausbildung eines stabilen DC Lichtbogens und dar ber hinaus auch zum Brand in der PV Anlage f hren k nnen Somit sind regelm ige Inspektionen und Wartungsma nahmen erforderlich um einen sicheren und ordnungsgem en Betrieb zu gew hrleisten Gleicherma en kann durch eine entsprechende Inspektion und Wartung der Anlage der Anlagenertrag gesteigert werden Je nach Anlagenart und Beanspruchung sind unterschiedliche Ma nahmen und Intervalle sinnvoll Neben festen Intervallen ist eine zus tzliche ereignisgesteuerte Inspektion und Wartung sinnvoll Diese sollte bei gewissen Ereignissen z B nach Unwetter bei St rungsmeldungen Anlagenausf llen Ertragsabfall usw durchgef hrt werden Nachfolgend sind allgemeing ltige Inspektions und Wartungsma nahmen aufgef hrt Typische Inspektionsma nahmen e Sichtkontrolle z B auf u ere Besch digung oder Materialver nderungen e berpr fung der Anlagenparameter Statusanzeigen Fehlermeldungen Ertr ge etc e Erproben und Messen hier kommen die gleichen Ma nahmen wie bei der Inbetriebnahme bzw eine Teilmenge daraus in Frage oft nur Stichproben Typische Wartungsma nahmen e Reinigung von PV Modulen und meteorologischen Sensoren e Reinigung von K hlrippen und L ftungskan len oder Filtern e Gir npflege bzw R ckschnitt von Bewuchs e Austausch von Verschlei teilen e Pr fung und Ausl sung von Sicherheitseinrichtungen siehe Hinweis Kapitel 3 3 3 2 e Ein
396. zustellen Bei nasser Einsatzkleidung und angenommenem K rperwiderstand von 555 Q k nnen bei einen Stromweg von Hand zu Hand oder von Hand zu den F en ohne Schutzstiefel bereits bei 100 V DC lebensbedrohliche Str me ber 150 mA durch den Menschen flie en vgl Tabelle 4 11 137 Fazit Die Messungen zeigen dass bei kompletter und trockener Einsatzkleidung kein Stromschlag Risiko beim Kontakt mit einer spannungsf hrenden DC Leitung einer Photovoltaik Anlage besteht Eine durchn sste Einsatzkleidung dagegen weist praktisch keinen Schutz vor gef hrlichen K rperstr men auf wenn der Stromweg von einer Hand zur anderen Hand verl uft Verl uft der Stromweg von den H nden zu den F en so wie es beim L scheinsatz am Strahlrohr typischerweise der Fall ist werden aufgrund des hohen Widerstandes der Schutzstiefel unkritische Str me im gerade sp rbaren Bereich durch den menschlichen K rper flie Ben 4 5 1 8 Spannungsf hrende Leitung im Wasser Der Versuch siehe Bild 4 21 diente der Ermittlung der m glichen Stromst rke durch einen menschlichen K rper im Falle eines berfluteten Raumes mit Kontakt zu einer spannungsf hrenden Leitung und einer gleichzeitigen Ber hrung eines geerdeten Geb udeteils durch den Menschen Die Messungen wurden mit Hilfe eines 3 x 2 m gro em Wasserbeckens und 160 cm gro em Holz Dummy durchgef hrt An den F en wurden Metallplatten angebracht und mit Kupferdr hten Leitungen verle

Leitfaden Brandrisiko in PV-Anlagen - PV

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