Požari na sončnih elektrarnah

By Knauf_Insulation
Oktober 19, 2023

Je zmanjševanje rizikov požara na strehi s sončno elektrarno možno?

V zadnjih letih smo priča razcvetu sončnih elektrarn za samooskrbo z električno energijo – tako na zasebnih, kot tudi na večjih industrijskih in poslovnih stavbah. Fotonapetostni paneli (PV), kot glavni element sončnih elektrarn, so namreč večinoma nameščeni na strehah, ponekod jih lahko vidimo tudi na terenu ob objektih.


KAKOVOST NAMESTITVE SONČNE ELEKTRARNE

Kakovost namestitve je eden prvih kriterijev pri postavitvi sončnih elektrarn. Ob masovnem razmahu tega vira energije v zadnjih letih in rastočem povpraševanju pa si lahko predstavljamo, da pogosto strokovna usposobljenost izvajalcev in monterjev ni povsem sledila povpraševanju. Po neuradnih podatkih Elektrotehniške zveze Slovenije in odbora NNELI pod njihovim okriljem, so od 100 pregledanih elektrarn iz elektrotehniškega vidika samo 4 ustrezne. Če k temu dodamo še statistiko, da je 50% vzrokov za požar v stavbah pripisano elektriki, potem je požarna problematika sončnih elektrarn več kot upravičena, pri čemer vemo, da je vzdrževanje na malih elektrarnah zelo zanemarjeno ali pa ga sploh ni.

SONČNE ELEKTRARNE IN IZBIRA MATERIALOV NA STREHI

Kot rečeno, je večina sončnih elektrarn nameščenih na objekte, PV paneli kot njihov glavni element  pa na strehe objektov - naj si bodo to klasične poševne strešine ali pa ravne strehe večjih in tudi manjših objektov. Izhajajoč iz 23. Člena zakona o varstvu pred požarom lahko sončno elektrarno na objekt vgradimo, če s predhodno strokovno presojo dokažemo, da s tem nismo zmanjšali požarne varnosti objekta. Načeloma to lahko drži, če je streha na katero vgrajujemo fotonapetostne panele negorljiva in najmanj 1m okrog električnega razsmernika ni gorljivih materialov. V principu enostavno, vendar kaj to pomeni v praksi?

Negorljivost strešnih konstrukcij lahko laično razumemo na več načinov. Je negorljiv samo zgornji strešni sloj, je negorljiva konstrukcija ali je negorljiva izolacija. Dejstvo je, da je velika večina ostrešij lesenih in kot taki sami po sebi niso negorljivi. Kljub temu pa jih lahko požarno zaščitimo in postanejo bolj ali manj požarno odporni. Pri ravnih strehah so ostrešja največkrat negorljiva. Betonska ali kovinska. To pa spet še ne pomeni, da so tudi požarno odporna, niti ne pomeni da so negorljiva, če npr. na njih naložimo gorljiv izolacijski material.

Skratka, pomembna je celotna streha, v kateri so posamezni materiali, ki jih uporabimo s svojimi gradbeno fizikalnimi in požarnimi lastnostmi bistveni za požarne lastnosti sestave. Kategorije, ki jih po standardih lahko preverjamo za strešne konstrukcije so opisane v nadaljevanju.

Lastnosti strehe:
1. Gorljivost
Generalno ločimo negorljive (A1 in A2) in gorljive (B,C,D,E) gradbene proizvode. Negorljivi so mineralni proizvodi, kot so opeka, beton, mavčne plošče, kamena in steklena volna. Gorljivi so lahko težje gorljivi, kamor spadajo predvsem nekateri proizvodi iz lesa ali poliuretana z zadostno količino zaviralcev gorenja, ter normalno gorljivi, kot so klasični polistireni, les in lesna vlakna, celulozni kosmiči ter ostali ‘’poli’’ (plastični) produkti.

2. Požarna odpornost
Streho ali katero koli drugo sestavo lahko testiramo tudi na njeno požarno odpornost, skladno z metodo preskušanja EN 1365-2. Določimo lahko časovno odpornost na požar, običajno celovitosti (E), izolativnosti (I) in nosilnosti (R) po razredih 30, 60 ali 120 minut. Na splošno velja, da več kot sestava vsebuje negorljivih in masivnih gradbenih proizvodov, boljša oz. daljša bo njena požarno odpornost.

3. Odpornost na leteči ogenj
Preizkusna metoda po CEN/TS 1187 določa test s katerim določimo odpornost strešne kritine na zunanji ogenj. Na kritino se postavi goreča košara, ki simulira ogorek, kateri se lahko iz več razlogov znajde na strehi. Odpornost je izražena s klasifikacijo. V kolikor se ogenj skladno s pogoji standarda EN 13501-5 po strehi ne razširi, govorimo o BROOF strehi, ki je tako klasificirana kot odporna na zunanji ogenj. Avtomatično se, brez preizkušanja, smatra, da so BROOF odporne kritine strešniki iz kamna, betona, gline ali pločevine brez zunanjih organskih plasti. 

KAJ PRAVI ZAKONODAJA?

V naši nacionalni zakonodaji in tehnični smernici Požarna varnost v stavbah TSG-1-001 so določene zahteve za različne sestave in velikosti streh. Omejena je uporaba gorljivih materialov, v nekaterih primerih je zahtevana uporaba negorljivih materialov. Pomembni so predvsem toplotno izolacijski materiali, ki danes predstavljajo volumsko največji delež strešne konstrukcije in posledično lahko pomenijo veliko požarno tveganje in obremenitev. Z vidika razvoja in širjenja požara je uporaba negorljivih materialov dovolj za doseganje varnosti.
Če moramo zagotoviti še časovno komponento požarne odpornosti, npr. 30 minut, ki nam omogoči umik ljudi in živali, potem samo negorljivost ni dovolj, ker ne vemo koliko časa nam bo sestava, kakršna koli že je, to omogočala.
Vedno pa je smiselno, in tako je tudi predpisano, da je streha odporna na ogenj iz zunanje strani.
Že leta 2015 smo s pomočjo Slovenskega združenje za požarno varstvo (SZPV) dobili Smernico 512 o požarni varnosti sončnih elektrarn. V smernici je celostno obravnavana tema požarne varnosti iz vidika načrtovanja, vgradnje, obratovanja in vzdrževanje sončne elektrarne. Prikazanih je kar nekaj primerov dobre in slabe prakse. Pomembno so opredeljene odgovornosti, saj se marsikateri lastnik, predvsem majhnih individualnih elektrarn ne zaveda, da je sam odgovoren za pripravo vse zahtevane dokumentacije, označitve elektrarne in ne nazadnje, kar je najbolj pomembno, za vzdrževanje naprave.  

                                                                                   Slika 1: Je kdo opazil poškodbo?

 

                                                                                                 Slika 2: Zob časa?

KDAJ SO ELEKTRARNE NA STREŠNIH KONSTRUKCIJAH POTENCIALNO NEVARNE?

Ker so strehe že tako najbolj izpostavljen in obremenjen del ovoja stavbe jih z dodatno vgradnjo PV panelov naredimo še bolj ranljive. Iz požarno varnostnega vidika v povezavi s fotovoltaičnimi sistemi so dvomljive predvsem ravne strehe z gorljivimi membranami na gorljivih izolacijskih materialih in poševna lesena ostrešja z lahkimi pločevinastimi kritinami.


KAJ SE LAHKO NAUČIMO IZ SLABIH PRAKS?

V prvem primeru na ravnih strehah z gorljivim materialom gre za problem velike koncentracije energije, ki se lahko sprosti pri razvoju visokih temperatur. Po novem pravilniku o učinkoviti rabi energije potrebujemo na strehi med 25 in 30 cm izolacijskega materiala. Če imamo 1000m2 veliko streho to pomeni najmanj 250m3 samo toplotno izolacijskega materiala. Takšna količina gorljivega materiala lahko predstavlja resen problem. Vžig se dokaj enostavno spremeni v požar, ta se razširi po celotni strehi in preko odprtin in prebojev na celoten objekt. Istočasno nastane še velik okoljski problem dima, požarne vode in odpadkov.

                                          Slika 3 : Požar na sončni elektrarni vžge sestavo strehe z gorljivo izolacijo in se razširi na objekt

Če za izolacijo ravne strehe uporabimo negorljiv material, npr. kameno volno, ki ima poleg lastnosti negorljivosti tudi visoko požarno odpornost, potem smo v največji možni meri lokalizirali mesto vžiga, potencialni požar pa omejili zgolj na elektro-tehnično opremo.

Ne glede na to, da so sintetične strešne membrane vedno gorljive je namreč ta problem večinoma zanemarljiv, ker so debeline teh membran majhne, največkrat manj kot 2mm, zato ne predstavljajo zadostnega potenciala za doprinos k požaru in k njegovemu širjenju. To lepo vidimo iz naslednje slike, kjer so pogoreli paneli zgolj lokalno uničili poliolifinsko strešno membrano. Tehtanje med pogoriščem objekta in lokalno sanacijo nekaj deset kvadratov strešne folije torej?

        Slika 4 : Lokaliziran požar PV panelov (ostanki so že odstranjeni) na ravni strehi z negorljivo kameno volno – A1 negorljiva izolacija

V drugem potencialno problematičnem primeru poševnih lesenih ostrešij z lahkimi kovinskimi kritinami gre za problem možnega preboja temperature zaradi majhne akumulativne sposobnosti pločevinaste kritine in vžig lesenega ostrešja pod kritino. Vžiga torej nismo zadržali na zunanji strani, kot je bilo predvideno. Od sekundarne kritine in toplotne izolacije je potem odvisno, kako daleč se bo takšen vžig razvil. Če imamo spodaj zračni kanal in zgolj sekundarno strešno folijo na deskah, je problem enostavnega širjenja ognja in razvoja v požar očiten. V zračnem kanalu se namreč efekt širjenja ognja potencira skladno z intenzivnostjo prezračevanja. Podobno je s poliuretansko izolacijo preko nosilnega lesenega ostrešja. Proizvajalci sicer trdijo, da je kljub najslabši požarni klasifikaciji (E) poliuretan požarno manj problematičen od npr. polistirena, kar drži, nikakor pa ne drži da je negorljiv ali požarno odporen, zato imamo v tem kontekstu zopet lahko velik problem.

Pravzaprav edina, vsekakor pa logična in racionalna rešitev opisanega problema je vgradnja masivne negorljive izolacije preko lesenega ostrešja. Poznamo rešitev s ploščami iz kamene volne visoke gostote (Termotop), ki dosegajo najvišji razred negorljivosti A1 in imajo tališče nad 1000°C. Tako bomo požar z največjo verjetnostjo omejili zgolj na zunanje lesene letve in elemente elektrarne.

                                                             Slika 5 : Vžig lesenega dela konstrukcije pri lahki pločevinasti kritini

Kljub obstoječi smernici in ne malo izkušnjam ostaja na področju sončnih elektrarn precej izzivov. Tako iz zakonodajnega kot iz praktičnega vidika. Še vedno gre za novo področje, saj se tehnika zelo hitro razvija in o dolgoletnih izkušnjah enostavno ne moremo govoriti. Da bomo lahko sledili razvoju dogodkov in zagotovili varnost objektov lahko zato v prihodnosti vsekakor pričakujemo tudi spremembe na zakonodajni strani.

Verjetno največja neznanka je ravno vzdrževanje in obstojnost elementov. Če elektrarna ob zagonu deluje brez posebnosti, še vedno ostane vprašanje kako bo delovala čez pet ali deset let? Predvidena življenjska doba je namreč najmanj 25 let. V tem obdobju bo neposredno izpostavljena visokim temperaturnim nihanjem, vetru, toči, glodalcem, ptičem in ostalim možnim agresivnim vplivom na elektro komponente. Možnost za napake ali poškodbe se torej z leti povečuje in posledično se povečuje tudi tveganje za nastanek že omenjenih fenomenov električnega obloka, kratkega stika ali pregrevanja, ki lahko vodijo do vžiga komponent.

Ni malo strokovnjakov, ki danes že stojijo za razlago, da je zelo modro, če že ni zahtevano, da je tudi izolacija strešne konstrukcije negorljiva.

Izhajajoč iz požarnega trikotnika je torej najbolj smiselno, da enostavno, v največji možni meri, umaknemo gorljivo snov. Kakorkoli se bo razvijala zakonodajna stran opisane tematike in karkoli bodo dognala nadaljnja preizkušanja, vedno bodo negorljive sestave ostale negorljive in vedno bodo imele najmanjši vpliv na razvoj požara in njegove posledice.

Z vsem navedenim smo tudi odgovorili na vprašanje, ki smo si ga zastavili v naslovu – Ja, z uporabo negorljivih materialov v strešni konstrukciji, tudi negorljivih izolacij, lahko bistveno zmanjšamo rizike velikih požarov na sončnih elektrarnah.

Primož Bernard, dipl.inž.str. (član UO SZPV)

Viri:

http://www.pv-brandsicherheit.de/fileadmin/WS_26-01-12/Br%C3%A4nde_und_Brandrisiken_bei_PV-Anlagen_Sschadensvorkommen_HomePage.pdf

https://cfpa-e.eu/solar-cells-increase-the-risk-of-fire-spreading-on-flat-roofs/

https://www.szpv.si/vabilo-na-seminar-pozarna-varnost-soncnih-elektrarn/