memo zonnepanelen

Memo
Aan
: Vakgroep repressie / LNB installaties
Van
: Folkert van der Ploeg en Jouter Feddema, TBO Twente
Datum
: Februari 2010
Onderwerp
: Zonnecellen
Bijlagen;
zonnecellen1.pdf
Photovoltaik-vfdb.pdf
Photovoltaik_info.pdf
Standard codes California.doc
PhotovolaicGuidelines.pdf
(De bovenstaande bijlagen zijn niet geplaatst op de NVBR site)
Algemeen
De laatste tijd is het regelmatig in het nieuws dat zonnecellen Photovoltaic Systems (kortweg PVsystemen) een gevaar kunnen opleveren bij het bestrijden van brand. Men zou in aanraking kunnen
komen, direct of indirect (bluswater), met de spanningsvoerende draden die als het gevolg van brand
zijn aangetast.
Binnen brandweer Nederland zijn de ervaringen met incidenten waarbij zonnepanelen betrokken zijn
nihil. De overheid stimuleert,door middel van het verstrekken van subsidie, het aanbrengen van
zonnepanelen bij zowel bedrijven als particulier. De kans dat de brandweer te maken gaat krijgen met
een incident waarbij zonnepanelen betrokken zijn zal de komende paar jaar alsmaar toenemen.
Na aanleiding van deze onduidelijkheden rondom het gebruik van PV-systemen heeft team
Brandonderzoek Twente een onderzoek gestart. In deze memo wordt informatie gegeven over de
mogelijke gevaren van een zonnepaneel en hoe andere korpsen uit andere landen omgaan met
zonnepanelen.
Advies van TBO aan;
Vakgroep repressie;
Het is aan de vakgroep repressie om een standpunt in te nemen hoe om te gaan met het
bestrijden van een brand waar zonnepanelen bij betrokken zijn. TBO Twente geeft hier geen
oordeel over maar informeert slechts.
Wel adviseert het TBO om zo snel mogelijk;
Brandweerlieden te informeren over de gevaren die mogelijk kunnen ontstaan bij brand waar
zonnepanelen bij betrokken zijn.
- mbt de inzet strategie, voorlopig het stroomkringschema van de Duitse collega’s of een afgeleide
daarvan aan te houden.
Preventie;
Het is aan het LNB preventie om leveranciers/installatiebedrijven te informeren mbt tot het
veilig instaleren van PV installaties en daarnaast dit door middels wet en regelgeving te borgen
( gevelschakelaar, draden door metalen buis, kabels met functiebehoud etc). TBO Twente geeft
hier geen invulling aan.
Inhoud van de memo.
1 Gevaren die kunnen ontstaan door zonnepanelen die betrokken zijn bij brand
2 Systemen
3 Gevaren van elektriciteit
4 Ervaringen elders
5 Huidige regels Nederland
6 links
1 Gevaren die kunnen ontstaan door zonnepanelen die betrokken zijn bij brand;



Vallende componenten van het dak/ instorten van het dak
Inademen giftige stoffen (minst gevaarlijk)
Kans op elektrische schok tijdens blussen
Vallende componenten:
Omdat zonnepanelen zich vooral op daken van gebouwen of huizen bevinden kunnen, in het geval
van een brandend schuin dak, bepaalde onderdelen van het dak afglijden, wat een gevaar voor
brandweermensen kan zijn. Omdat de bevestigingsonderdelen van zonnepanelen veelal gemaakt zijn
van aluminium, wat een laag smeltpunt heeft, is de kans groot dat bevestiging loslaat, waardoor
zonnepanelen van het dak af kunnen glijden. Panelen en collectoren kunnen goed tegen een stortbui,
alles is waterdicht geconstrueerd
Inademen giftige stoffen:
PV-systemen bevatten gevaarlijke stoffen zoals boor, cadmium telluride, gallium arsenide en fosfor die
schadelijk zijn voor het menselijke lichaam. Dit zijn stoffen die in veel elektrische apparatuur
voorkomen. Brandweermensen kunnen goed zich beschermen tegen het inhaleren van giftige stoffen
waardoor deze geen gevaar hoeven vormen voor hun gezondheid.
Kans op elektrische schok:
Dit is de grootste zorg met betrekking tot de veiligheid van brandweermensen wanneer er brand
ontstaat in een object met zonnecellen. De zonnecellen, ook al is de hoofdstroom uitgeschakeld,
blijven spanning genereren tot aan de omvormer. Er zijn beveiligingsmodules in ontwikkeling die het
zonnepaneel zelf uitschakelt (op dak) indien er geen stroomafname meer plaatsvindt.
Er is een kans dat als de installatie beschadigd is de brandweer direct of indirect in aanraking komt
met de installatie. Indien en de brand geblust wordt met water kan het water het medium zijn dat de
stroomkring sluit waardoor de brandweerman een elektrische schok krijgt.
Het spanningsvrij maken van het systeem is niet eenvoudig te realiseren;
-Bij het loskoppelen of doorknippen van de stroomkring kunnen er vlambogen ontstaan die gevaarlijk
kunnen zijn. Dergelijke acties dienen dan ook door gekwalificeerd personeel plaats te vinden.
- het stukslaan van enkele panelen heeft geen zin omdat de cellen allemaal gekoppeld zijn kan er nog
steeds spanning worden opgewekt.
-Schuim aanbrengen heeft geen zin omdat het schuim van het paneel afloopt en daardoor de zon
reflecteert wat juist zorgt voor een hogere opbrengst.
2 Systemen
Er is een duidelijk onderscheid te maken tussen zonnepanelen en zonnecollectoren. Zonnecollectoren
worden gebruikt als onderdeel van een zonneboiler. In deze collectoren wordt d.m.v. een
leidingsysteem, met daarin een vloeistof, gebruik gemaakt van de warmte van de zon om zodoende
water te verwarmen. Dergelijke collectoren zijn buiten dit onderzoek gelaten mede omdat deze, op het
vallen van componenten na, geen gevaar veroorzaken.
Twee typen zonnecellen1
Een zonnepaneel bestaat uit een verzameling zonnecellen. Een zonnecel wordt ook wel
fotovoltaïsche cel (afgekort PV-systeem, van het engelse photovoltaic cell) genoemd. De meeste
zonnecellen zijn gemaakt van een laag van het materiaal silicium. Om van dit silicium een halfgeleider
te maken, wordt er aan de bovenkant een laagje fosfor toegevoegd en aan de onderkant een laag
borium. Het geheel wordt ter bescherming tussen twee glasplaten geplaatst. Zodra er zonlicht schijnt
op een zonnepaneel, worden er onder invloed van deze straling elektronen 'losgeweekt' uit de
bovenkant van het paneel; er ontstaat een vrij elektron met een bijbehorend gat. Omdat er vanwege
de ongelijke ladingverdeling een elektrisch veld ontstaat op het grensvlak, kunnen de elektronen maar
één kant op. Het gevolg hiervan is dat er een spanningsverschil tussen de boven- en onderkant van
het paneel ontstaat. Sluit je de boven- en onderkant nu op elkaar aan, dan gaat er over de draad een
stroom lopen.
Eén enkele cel heeft slechts de spanning van een half volt. Hierdoor bestaat de noodzaak meerdere
cellen aan elkaar te koppelen. Het rendement van moderne panelen ligt rond de 14%.
Een ander type zonnecellen zijn de zogenaamde dunne film zonnecellen. Deze cellen zijn, zoals de
naam al aangeeft, significant (100 tot 200 keer) dunner dan hun kristallijne tegenhangers. De cellen
zijn flexibel en hebben een zeer laag gewicht, waardoor ze makkelijk toepasbaar zijn op diverse
oppervlakken. Het rendement van dunne film zonnecellen is een stuk lager (zo'n 6%) en het
productieproces is erg complex, maar de benodigde hoeveelheid grondstof (kristallijn silicium) is zeer
laag. Bij een gelijke opbrengst in Wattpiek (Wp) zijn de kosten van beide type cellen nagenoeg gelijk.
Watpiek
Wp). Het aantal Wattpiek van een zonnepaneel is het vermogen dat een zonnepaneel levert als de
zon er vol op schijnt. Als vuistregel geldt dat 1 m² aan zonnepanelen(ongeveer 100 Wp) per jaar rond
de 75 kWh aan elektriciteit leveren (Nederlandse situatie).
Zonnepanelen kunnen zowel parallel als in serie zijn geschakeld. Om de spanning over een gehele
schakeling gelijk te verkrijgen is veelal een combinatie van beiden noodzakelijk. Een dergelijke streng
van panelen komt tezamen bij 1 of meerdere omvormers.
1
Bron: zonnepanelen-info.nl
Inverter
Zonnecellen leveren een gelijkspanning (DC). Voor een netgekoppeld systeem (o.a. huisinstallatie)
moet dit worden omgezet in wisselspanning (AC). Hiervoor is een omvormer, ook wel inverter
genoemd, noodzakelijk. Deze inverter kan op elke locatie worden aangebracht maar zal over het
algemeen gevonden worden in de meterkast of in de directe nabijheid van de zonnepanelen. Dit om
de verliezen die ontstaan in lange bekabeling bij gelijkspanning zo veel mogelijk te reduceren. Er zijn
2 typen inverters waarbij de keuze afhankelijk is van het wel of niet gekoppeld zijn aan het
(openbaar)net. Netgekoppelde omvormers zijn zogenaamde synchrone omvormers. Dergelijke
omvormers zorgen ervoor dat er een nette zuivere sinus ontstaat die gelijk loopt met die van het
elektriciteitsnet.
Vanuit de inverter wordt er wisselspanning aan het net of aan de eigen installatie geleverd.
Indien er geen spanning( vanuit het openbaar net) op de inverter staat, schakelt deze zichzelf uit.
Herkennen van zonnepanelen
Het verschil tussen zonnepaneel en zonnecollector is bij moderne panelen bijna niet meer van elkaar
te onderscheiden. Het uiterlijk van een paneel geeft dus geen houvast. Er zijn zelfs zonnepanelen op
de markt die er uit zien als dakpannen.
NB. Indien er in de nacht(donker) een inzet plaatsvindt mbt zonnepanelen. Houdt er dan rekening mee
dat zodra de zon weer gaat schijnen de panelen weer spanning gaan leveren. Zorg er voor dat de
zonnepanelen goed worden veiliggesteld.
3. Gevaren van elektriciteit
Elk menselijk lichaam heeft een bepaalde weerstand. Deze weerstand in combinatie met een gelijk of
wisselspanning laat een stroom lopen door het lichaam. (U=IxR). Deze stroom kan levensgevaarlijk
zijn. Het is de stroom die het gevaar veroorzaakt, niet de spanning. Een wisselstroom is gevaarlijker
dan een gelijkstroom, maar een gelijkstroom is moeilijker los te laten omdat de samentrekking van
spieren in één richting optreedt.
Spanning
Op basis van de gegevens van de IEC 60479-1 komt de NEN 10102 (bepaling 8.410.101) tot een
veilige wisselspanning van maximaal 50V a.c. (50Hz.)
Voor gelijkspanning komt de NEN 1010 (bepaling 8.410.101) op een veilige spanning van maximaal
120V.
Gevaarlijke stroomdoorgang door het lichaam
-3 A
: onomkeerbare hartstilstand, bewusteloosheid, inwendige verbrandingen
verkoling huid, spieren, organen
-80 mA – 3 A : bewusteloosheid, hartfibrillatie (tijd > 0,3s)
-25 – 80 mA : omkeerbare hartstilstand, bewusteloosheid, onomkeerbare hartstilstand
-0,01 – 25 mA : kriebeling, kramp, niet loslaten
4 Ervaringen elders
België
Het TBO Twente is in september 2009 naar een symposium over zonnecellen in Belgie geweest.
België onderkent dat ze niet weten hoe ze moeten handelen mbt zonnepanelen. Er is (na september)
een projectgroep in Belgie opgericht die eea nader gaat onderzoeken. Er is nadien geen informatie
2
NEN 1010 is een Nederlandse norm. Deze norm bevat de minimumveiligheidseisen waaraan
laagspanningsinstallaties in de woning-, de utiliteitsbouw en in de industrie moeten voldoen
meer ontvangen over mogelijke inzet technieken Door TBO is de vraag uitgezet naar een
contactpersoon van het symposium wat de huidige stand van zaken is.
Tot nog toe is er nog geen reactie ontvangen. Van collega brandonderzoekers uit Rotterdam komt
informatie binnen dat de Belgische brandweerlieden geïnstrueerd gaan worden hoe ze de gelijkstroom
voerende kabels veilig kunnen doorknippen.
Duitsland
In Duitsland is een procedure gemaakt waar in staat hoe om te gaan met een inzet bij zonnepanelen.
Zie het onderstaande schema.
Waar het in het kort op neer komt is;
- indien de installatie intact is, is er geen gevaar te duchten van de PV installatie
- indien de installatie beschadigd is, in het DC of AC gedeelte dan kunnen kabels en onderdelen van
de PV installatie bij lichtinval onder spanning staan. Bij een inzet dan de nodige voorzichtigheid in acht
nemen. Overstroomde delen(delen die onder water staan) niet betreden.
Zweden
Vanuit zweden is er geen, via de ons bekende wegen, aanvullende informatie gekomen.
Dit probleem wordt daar als zodanig nog niet herkend.
Amerika
In America is er de 2008 NEC national electrical code waarin staan hoe een PV installatie moet zijn
opgebouwd. In Nederland hebben we de NEN 1010. In deze norm wordt niet expliciet ingegaan op de
installatie van zonnepanelen.
In de NEC staat bijvoorbeeld dat inverters niet direct bereikbaar hoeven te zijn maar een schakelaar
om deze uit te zetten wel. Ook over de toegankelijkheid van deze schakelaars wordt eea geschreven.
Kabels mogen wel door een gebouw lopen mits deze in metalen doorvoerkanalen liggen of
brandwerend zijn. Ook zijn er voorschriften over het labelen van PV-systemen.
Indien de installatie goed is aangesloten is er in principe geen mogelijkheid om in aanraking te komen
met onder spanning staande delen.
Er is geen inzetprocedure gevonden die een veilige inzet garandeert of een inzetprocedure die iets
zegt over wat te doen bij een installatie. Eea is preventief geregeld.
Onderstaand een incident dat heeft plaatsgevonden in Arizona
Case Study: PV Shock
According to Terry Keller, assistant chief of the Sedona, Arizona, Fire District, one of his firefighters had a
potentially deadly encounter with a photovoltaic system while trying to extinguish a home fire.
According to information provided by Keller, the incident occurred June 10, 2008 at a 2,500-square-foot
residence where a roof-mounted three-kilowatt PV system had recently been installed. The fire, which
was later determined to have been started by an electrical cord under a bed, was "well established" when
firefighters arrived. Once the main fire was knocked down, a smaller hand line was being operated by a
few firefighters in the fenced backyard. According to Keller, one of the firefighters was sent back to the
truck to retrieve a pike pole. On his way, he reached up and used his wet, gloved hands to grasp the top
of the two chain-link fence posts on either side of the open gate. When he made contact with both posts,
he was knocked to his knees by an electrical shock. Although he was able to recover his footing, he was
transported to a local emergency room suffering from weakness and EKG changes. He returned to full
duty the following day.
Although both metered service from the electrical grid and from the PV system were secured prior to the
firefighter's electrocution, department investigators believe that the conduit that housed the feed from the
PV system on the roof, which ran along and under the eave line of the flat-roof structure, failed at a fitting
where it negotiated one of the building corners. The supports for this metal conduit also failed, and
allowed the melted and exposed wires to rest on top of the chain-link fence, which energized the fence
with voltage from the PV array.
Following this incident, the Sedona Fire District conducted training on PV system dangers. "We want to
share this information as widely as possible," adds Keller.
- Alan R. Earls
Bron www.nfpa.org
Huidige regels in Nederland
De NEN 1010 geeft aan dat zonnepanelen als productie-eenheid op een aparte installatiegroep
worden aangesloten. De installateur plaatst in deze installatiegroep een meterbord in de meterkast
waarop het meetbedrijf of Enexis de brutoproductiemeter kan plaatsen. Dit meterbord dient te voldoen
aan de norm NEN 3249
Er zijn 2 nieuwe normen in de maak. Die betrekking hebben op zonnepanelen; NEN-EN 50313 deel1,
en een deel 2. Dit gaat over fotofoltaische systemen-zonnepanelen veiligheid beproevingseisen en
procedures.
Het is niet bij TBO Twente bekend wat hier in staat. Eind februari is er een vraag uitgezet bij de NEN
mbt de inhoud van de norm..
Brandweer richtlijnen
Er zijn geen richtlijnen bekend bij Brandweer Twente hoe om te gaan met “laagspanning”
Mbt hoogspanning zijn er wel veiligheidsafstanden.
Procedure: Inzet brandweer bij calamiteiten nabij hoogspanningslijnen en hoogspanningsinstallaties
versie 1,1 maart 2007
Soorten SOORTEZONNECELLEN
6 Links
www.ode.be
www.belpv.be
www.energiesparen
www.vreg.be
www.zonnepanelen
http://www.hollandsolar.nl/lid_bda.html
www.bda.nl
http://groen.blog.nl/duurzame-energie/zonnestroom/2009/05/06/brandende-zonnepanelen-blussenbloedlink
www.centernovem.nl
http://www.microwkk.nl/
http://www.feuerwehr-rottal-inn.de/Documente/brandschutz-photovoltatik-anlagen.pdf
http://www.lfs-bw.de/servlet/PB/menu/1121237/index.html
http://www.kfv-info.de/index.php?option=com_content&task=view&id=45&Itemid=138
http://www.kfv-info.de/dmdocuments/fachinformationen/brandschutz/photovoltaik_info.pdf
http://www.kfv-kronach.de/inspektion/rs/info_lfv_fachtagung_photovoltaikanlagen2005.pdf
http://www.einsatz-netz.de/fachwissen/fachartikel/brandschutz-vorbeugend/photovoltaikanlagen-was-tun-im-brandfall
http://www.kuerverssolar.de/downloads/merkblattphotovoltaik.pdf
http://osfm.fire.ca.gov/training/photovoltaics.php
http://www.ocfa.org/_uploads/pdf/PhotovoltaicGuideline.pdf