Zonnepanelen en brand
advertisement
Zonnepanelen en brand 1. Algemeen De laatste tijd is het regelmatig in het nieuws dat zonnepanelen, die elektriciteit opwekken de z.g. Photovoltaic Systems (kortweg PV-systemen), een gevaar kunnen opleveren bij het bestrijden van brand.. De brandweer zou bij een inzet in aanraking kunnen komen, direct of indirect (bluswater), met de spanningsvoerende onderdelen (b.v. draden) die als het gevolg van brand zijn aangetast. Op dit moment (medio 2010) zijn binnen brandweer Nederland de ervaringen met incidenten, waarbij zonnepanelen betrokken, vrijwel nihil. De overheid stimuleert, door middel van het verstrekken van subsidie, het aanbrengen van zonnepanelen bij zowel bedrijven als particulieren. De kans dat de brandweer te maken krijgt met een incident waarbij zonnepanelen betrokken zijn zal de komende jaren zeker toenemen. Om een indicatie te geven wat de te verwachten ontwikkelingen zijn van het aantal te plaatsen zonnepanelen zijn in tabel 1 diverse cijfers omtrent het totaal, mogelijk te verwachten, aantal m² zonnepanelen opgenomen. In tabel 2 is het de ontwikkeling van het te verwachten vermogen via zonne-energie opgewekt, opgenomen in een grafiek. Hieruit blijkt dat er nog een grote groeimarkt is op dit gebied. 1 Geïnstalleerd vermogen van netgekoppelde PV systemen op/bij woningen (in kW-piek) per jaar 2001 8.200 2002 5.500 2003 19.600 2004 3.100 2005 1.340 2006 1.083 2007 882 Tabel 2 Omdat er nog veel onduidelijkheden zijn rondom het gebruik van PV-systemen1 zijn, is het NIFV in samenwerking met de NVBR een onderzoek gestart naar de veiligheden en “mogelijke onveiligheden” van PV-systemen bij brand. 1.1. Dossier De gegevens die uit dit onderzoek, zijn verzameld in het dossier “zonnepanelen” (www……………………) In dit dossier wordt informatie gegeven over de werking, de mogelijke gevaren van en de inzetprocedures bij incidenten met zonnepanelen en is informatie verzameld hoe brandweren uit andere landen omgaan met zonnepanelen. Het dossier gaat niet over zonnepanelen die warmte vasthouden, de z.g zonneboilers Dit dossier “zonnepanelen” is mede samengesteld dankzij de belangeloze inbreng van diverse collega’s van verschillende brandweerkorpsen. Het “Infopuntveilgheid” wil hen via deze weg graag bedanken voor deze informatie. 1 2 PV = photovoltaic 2. Soorten pv-systemen Er zijn twee soorten pv-systemen (zonnepanelen), namelijk de netgekoppelde en autonome systemen. Zonnepanelen kunnen de opgewekte energie direct afgeven aan het lichtnet. Dit noemen we netgekoppelde systemen. Een zogenaamde inverter zet de door de zonnepanelen opgewekte gelijkspanning om in 230 V wisselspanning en levert deze aan het lichtnet. Bij een autonoom systeem wordt de door de zonnepanelen opgewekte energie opgeslagen in een accu. Vanuit deze accu wordt de energie geleverd aan de verbruikers. Een zonnepaneel (pv-paneel) levert gelijkspanning (DC2). Een omvormer maakt hier 230 V wisselspanning (AC3) van die aan het lichtnet wordt geleverd. De geleverde energie wordt direct in huis verbruikt of wanneer u op dat moment weinig energie zelf verbruikt wordt de overtollige energie teruggeleverd aan het elektriciteitsbedrijf. 2.1. Opbouw installatie met zonepanelen (net-gekoppeld systeem) Een zonnepaneel installatie is opgebouwd uit verschillende componenten te weten : 1. Zonnepaneel 2. De pv generator, hier komen alle kabels van de zonnepanelen samen. 3. De omvormer 4. Elektriciteit meter 5. Huisaansluiting 2 3 3 DC = Direct Current AC = Alternating Current 3. Algemene informatie over zonnepanelen Zonnestroompanelen, zonnepanelen, zonnecellen, pv-panelen, pv-systemen en solarsystemen zijn allemaal synoniemen van elkaar. Een zonnepaneel bestaat uit een glasplaat en een kunststof plaat met hier tussenin een aantal in serie geschakelde zonnecellen. Een zonnecel is een zeer dun plakje materiaal dat zonlicht omzet in gelijkstroom. Er zijn zonnecellen uit allerlei soorten materiaal. Het meest gebruikte materiaal heet 'polykristallijn silicium'. Panelen die hiervan zijn gemaakt zijn blauw van kleur. 3.1. Watt en Wattpiek? De energie die door zonnepanelen wordt geleverd, wordt uitgedrukt in Wattpiek. Watt is een eenheid van vermogen. Nu hangt, bij een zonnepaneel, het geleverde vermogen o.a. af van de hoeveelheid zon die er op valt. Door fabrikanten is onderling afgesproken dat ze aan elk paneel een waarde (getal) toekennen dat aangeeft welk maximaal vermogen dat paneel onder ideale (laboratorium) omstandigheden levert. Dit getal is het aantal Wattpiek. Een paneel van 100 Wattpiek (100 Wp) levert dus onder ideale omstandigheden 100 W. Op een dak kan maximaal op 80% worden gerekend van het wattpiek-getal als de panelen pal op het zuiden zijn gericht onder een hoek van 35 graden met de horizon (zie ook hoofdstuk 4). Is er ook elektriciteit als de zon niet schijnt? Ja, een zonnepaneel werkt ook bij diffuus licht. Diffuus licht is zonlicht dat de aarde niet direct bereikt, bijvoorbeeld wanneer het bewolkt is, maar wordt geabsorbeerd en weerspiegeld door de atmosfeer. De elektriciteitsopbrengst is het hoogst bij helder weer. N.b. Er kan ook energie worden opgewekt door de zonnepanelen als er licht van een andere bron dan de zon komt, b.v. van een op het zonnepaneel gerichte schijnwerpers van de brandweer bij een brandweerinzet. Zelfs bij voldoende maanlicht en straatverlichting kan stroom opgewekt worden. 4 De onderstaande foto’s geven een indruk van geplaatste panelen in Nederland Woningen in Bodegraven Woningen in Houten en den Haag Woningen in Heerhugowaard en Amersfoort 5 Parkeergarage Zwolle Woningen Langedijk 6 4. Werking van zonnepanelen 4.1. Zon-instraling De opbrengst, de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit, van een PV-paneel hangt af van de instraling die het zonnepaneel op kan vangen. Die wordt niet alleen bepaald door de intensiteit van het invallend licht, maar ook van de hellingshoek, de temperatuur en de oriëntatie van een zonnepaneel. De straling die van de zon komt voorziet de aarde van een enorme hoeveelheid energie. Gemiddeld wordt op aarde jaarlijks 1700 kWh per vierkante meter ingestraald. In Nederland is de instraling ongeveer 1015 kW/m² op jaarbasis. Theoretische kan deze straling kan met behulp van zonnepanelen rechtstreeks omgezet worden in elektriciteit. Nb. Een Nederlands huishouden gebruikt per jaar gemiddeld 3500 Kwh aan elektrische energie (cijfers 2008). Daglicht bestaat uit direct zonlicht en indirect, diffuus licht. Direct zonlicht heeft meer energie dan indirect licht. Een zonnepaneel geeft dus meer elektriciteit als het optimaal op de zon is gericht en er geen bewolking is. Van belang hierbij zijn de hellingshoek en de oriëntatie. Aangezien de zon en de aarde draaien, verschilt de optimale situering per locatie. In Nederland wordt de maximale opbrengst op jaarbasis gehaald met een paneel dat recht op het zuiden is gericht onder een hoek van 36°. De intensiteit van de zonnestraling verandert met het uur van de dag, de tijd van het jaar en de weersomstandigheden. Om toch gemakkelijk te kunnen rekenen met gegevens over de instraling, kan de totale hoeveelheid zonne-energie worden uitgedrukt in uren volle zon per m². Als standaard wordt aangenomen dat bij 'volle zon' een vermogen van 1000 W per m² op het aardoppervlak wordt ingestraald. Eén uur volle zon levert dan dus als maat 1000 Wh/m² = 1 kWh/m². Een zonaanbod van één uur volle zon (dus 1 kWh/m²) komt ruwweg overeen met de zonne-energie die op een wolkenloze zomerdag op een op de zon gericht vlak valt. Het totale jaarlijkse zonaanbod in Nederland komt overeen met ongeveer 1000 uur volle zon. Met andere woorden: de gemiddelde jaarlijkse zoninstraling in ons land is circa 1000 kWh/m². Voor ontwerp van PV-systemen wordt in Nederland 1000 kWh/m²/jaar als kengetal gehanteerd. In Nederland is het daggemiddelde 2,7 uur volle zon (2,7 kWh/m²). Dit is een gemiddelde over december (0,5 uur) tot juni (5 uur). Het verschil tussen zonne-energie-instraling in zomer en winter is dus een factor 10. Ook binnen Nederland zelf kan de zoninstraling iets variëren. De kustgebieden blijken iets meer zon te ontvangen dan de meer landinwaarts gelegen gebieden. Zie hiervoor de instralingskaart zoals hieronder is opgenomen. 7 Instraling W/m² in Nederland 4.1.1. Oriëntatie De optimale oriëntatie van een vrijstaand PV-systeem is meestal goed te realiseren. Bij een zonnestroomsysteem voor een gebouw is het niet altijd mogelijk de panelen op het zuiden te plaatsen. Waar het dan op aankomt is een zo goed mogelijke hellingshoek te zoeken bij de beste oriëntatie. Is de oriëntatie oost of west, dan is met een dakhelling van 20° nog altijd 80 á 85% van het maximum haalbaar. Om zoveel mogelijk van de zon te profiteren in de gebouwde omgeving, is het bij nieuwbouwprojecten dus van belang om rekening te houden met oriëntatie en 8 mogelijke hellingshoeken. Het succes van zonnestroom in de gebouwde omgeving staat of valt met de zonvriendelijke verkaveling van de bouwgrond en het niet plaatsen van “hoge” begroeiing. 4.2. De techniek van een zonnecel Een zonnepaneel bestaat uit meerdere in serie geschakelde zonnecellen. In een zonnecel wordt via fotovoltaïsche omzetting (PV = photovoltaic) elektriciteit opgewekt. Hierbij wordt dus zonlicht in elektriciteit omgezet. Op de scheidingsgrens van de positieve - en negatieve-laag ontstaat een intern elektrisch veld (spanningsverschil). Als zonlicht op silicium valt, dan absorbeert het silicium een deel van de lichtenergie. (De rest van het zonlicht warmt het silicium alleen op). De atomen waaruit silicium bestaat, veranderen als ze die lichtenergie opnemen: negatieve deeltjes die normaal bij de atomen blijven (elektronen), kunnen dan vrij gaan bewegen. Er ontstaat dan tussen de twee lagen silicium elektrische spanning, vergelijkbaar met de plus- en minpool van een batterij. Als de voor- en achterzijde van de siliciumlaag (de plus- en minpool) vervolgens met elkaar worden verbonden, dan verplaatsen de negatief geladen deeltjes: er gaat stroom lopen. Het fotovoltaïsch proces gaat door zolang er licht op de cel valt. In dit proces worden geen materialen gebruikt en zijn geen bewegende delen aanwezig. Zonnecellen zijn daardoor duurzaam. Niet al het licht kan worden omgezet in elektriciteit. Zonnecellen gebruiken voornamelijk zichtbaar licht. Een groot deel van de energie van de zon bereikt de aarde als infrarood (IR)- of warmtestraling en ultraviolette (UV) straling. Het theoretisch haalbare omzettingsrendement is daarom niet hoger dan ± 30%. De zonnecellen die momenteel geproduceerd worden hebben een rendement van ongeveer 16%. Het is te verwachten dat door technologische ontwikkelingen dit rendement de komende jaren met een factor anderhalf zal oplopen. 4.2.1. Schaduw Een zonnepaneel bestaat uit een aantal zonnecellen die in serie zijn geschakeld. Als er op een zonnecel licht valt, gaat een stroom lopen. Vanwege de serieschakeling moet de stroom alle cellen passeren. Valt er geen licht op een cel, dan reageert deze als een weerstand. Een scherpe slagschaduw kan ervoor zorgen dat een of enkele cellen geen licht ontvangen, terwijl de rest van de cellen bloot staan aan de volle zon. De beschaduwde cel(len) kan/kunnen geen stroom doorlaten, waardoor niet alleen de opbrengst van de beschaduwde cel(len), maar de opbrengst van het hele paneel verloren gaat 9 4.3. Zonneceltypen Het basismateriaal van de meeste zonnecellen is silicium. Silicium is een van de meest voorkomende elementen op aarde. Silicium komt in de natuur echter voornamelijk in gebonden toestand voor (siliciumoxide = kwarts). Voor zonnecellen is zuiver silicium nodig. Naast silicium kunnen ook andere materialen voor zonnecellen gebruikt worden. Typen zonnecellen zijn onder andere: Monokristallijn silicium zonnecellen zijn gemaakt van siliciumplakken, die uit één groot 'monokristal' zijn gezaagd, waarin de siliciumatomen netjes gerangschikt zijn. Multikristallijn silicium zonnecellen. Multikristallijn silicium wordt gegoten en is goedkoper en eenvoudiger te maken dan monokristallijn silicium. Het rendement van multikristallijne cellen ligt in het algemeen iets lager dan dat van monokristallijne cellen. Dunne-film-zonnecellen worden gemaakt met behulp van een opdamp techniek, zoals plasmadepositie. Zo zijn er amorf silicium zonnecellen, die relatief goedkoop zijn, maar waarvan het rendement nog niet zo hoog is. De term 'amorf' slaat op het ontbreken van een kristalstructuur. Rendement van diverse typen Monokristallijn: 12-15 % Multikristallijn: 11-14 % Amorf: 6-7 % 4.3.1. Zonnepanelen, de bouwelementen waarin zonnecellen zijn verwerkt Zonnepanelen of modules zijn de bouwelementen waarin zonnecellen zijn verwerkt. De zonnecellen zijn in serie geschakeld om het voltage te verhogen. Ze zijn ter bescherming ingekapseld tussen glazen of kunststof panelen, die aan de voorkant transparant zijn. De afdeklaag aan de achterkant kan doorzichtig of ondoorzichtig zijn. Het uiterlijk van een paneel geeft geen houvast. Er zijn zelfs zonnepanelen op de markt die er uit zien als dakpannen. De aanwezigheid van een omvormer kan duiden op aanwezigheid van zonnepanelen. Er zijn zonnepanelen in ontwikkeling die zichzelf volledig kunnen uitschakelen als er geen stroomafname meer plaatsvindt 4.4. Vermogen zonnepaneel Het vermogen van het zonnepaneel is afhankelijk van het aantal cellen dat gelamineerd is. Een paneel moet goed geventileerd worden opgesteld en zo optimaal mogelijk naar de zon gericht zijn. De door de zonnecellen opgewekte stroom is gelijkstroom. Is de zoninstraling minder dan zal de stroomsterkte minder zijn en daarmee ook de opgewekte energie. Een geringere instraling gaat nauwelijks ten koste van de spanning.. 4.4.1. Afmetingen van kleine zonne-energie-installaties. Eerst nog een vuistregel. Wij adviseren met de groottebepaling rekening te houden 10 met de volgende waarden : In de zomer in Nederland met een gemiddelde dagopbrengst (GDO) van 4 zonne-uren en in de winter met 1 zonne-uur. Met betrekking tot een 30 W zonne-energieinstallatie betekent dat, dat in het zomerhalfjaar gemiddeld 120 Wh energie en in het winterhalfjaar gemiddeld 30 Wh energie aan de accu wordt geleverd en dus per dag kan worden gebruikt. Die 30 W is voldoende om een accu in een boot in de winter opgeladen te houden. Bepaling van het verbruik. Soms kan het problemen geven om het exacte verbruik te bepalen. Enerzijds weet men het verbruik/de vermogensopname van een apparaat niet altijd en anderzijds kan het eigen verbruikersgedrag – luistert men meer of minder naar de radio – niet goed worden ingeschat. Daarom is het advies om het verbruik stap voor stap te bepalen: 1. Inventariseer het aantal verbruikers, bijv. 5 lampen, 1 radio, 1 TV. 2. Bepaal de vermogensopname van deze apparaten.. Zie hiervoor het typeplaatje of meet via een verbruikersmeetinstrument, bijv. lamp 10 W, radio 30 W, TV 40 W. 3. Schrijf eigen verbruikersgedrag erbij via een realistische inschatting Bijv. lamp 2 uur, radio 4 uur, TV 2 uur. In een tabel ziet het er dan als volgt uit : Verlichting Radio TV 5 x 10 W 1 x 20 W 1 x 40 W Vermogen 2h 4h 2h Bedrijfstijd 100 Wh + 80 Wh + 80 Wh = 260 Wh Benodigde energie NB. Het gaat hier steeds om het verbruik per dag. De bepaalde energiebehoefte bedraagt 260 Wh, of anders uitgedrukt ( bij 12V) 21 Ah. Voor het halfjaar dat de zon ’s zomers in Nederland schijnt reken gemiddeld 4 zonneuren. Dit betekent, dat een installatiegrootte van 260 : 4 = 65 Watt voldoende is. Om inschattingsfouten te compenseren of nog op reserve te houden is het advies een 20 % reserve te nemen, in dit geval een 78 Watt installatie. Vindt dit verbruik alleen in het weekeinde (b.v. zomerhuisje) plaats, dus op zaterdag en zondag, dan kan natuurlijk een kleinere installatie worden gekozen. Voor het voorbeeld : 260 Wh x 2 = 520 Wh : 7 dagen = 74 Wh. Deelt men dit door 4 zonne-uren per dag, dan resulteert dit in een installatie van 74 : 4 = 18,5 Wh + 20 % = 22 Wh. Het is tevens een overweging van economische aard hoe groot de installatie genomen wordt. Wat zijn de aanvullende alternatieven als de zonne-energie-installatie bewust kleiner wordt gehouden, bijv. als men kiest voor een grootte, die groot genoeg is voor de zomerperiode, maar in de winter niet genoeg energie geleverd wordt. 4.5. De zonnepaneeltypen Standaard zonnepanelen zijn verkrijgbaar met of zonder frame. Frameloze zonnepanelen, of laminaten, kunnen behandeld worden als normale glazen ruiten. Er moet net als bij “normale” elektrische installaties goede aandacht besteed worden aan de elektrische bekabeling van de zonnepanelen. Tevens is het voorkomen van het indringen van vocht tussen verschillende materiaallagen in het laminaat en het beperken van hoge temperatuur van de zonnecellen van groot belang. Ook moet worden voorkomen dat de panelen worden beschaduwd. 11 4.6. Autonome systemen Ook in Nederland zijn autonome PV-systemen zijn in gebruik. Ofschoon in Nederland een uitgebreid elektriciteitsnet ligt, kan een autonoom systeem uitkomst bieden. Als de energievraag gering is (ongeveer tot 1 kWh per dag) kan een PV-systeem in ons land concurreren met andere elektriciteitsopwekkers zoals dieselgeneratoren, batterijen, gasflessen etc. In een aantal gevallen is PV-energie zelf voordeliger zoals bij bakens en boeien. Deze zijn vaak op moeilijk bereikbare plaatsen gelegen of ver van het elektriciteitsnet. 4.7. Netgekoppelde systemen De zonnestroomsystemen die in Nederland over het algemeen worden geplaatst, zijn aan het net gekoppeld. Dit betekent dat de zonnestroom, die wordt opgewekt, wordt teruggeleverd aan het centrale elektriciteitsnet of direct lokaal gebruikt wordt. Op deze manier is geen "opslagmedium" (zoals een accu) nodig, en wordt de opgewekte energie optimaal gebruikt, omdat er niets "verloren" gaat. De zonnestroomsystemen worden vooral gerealiseerd op daken in de bebouwde omgeving, enerzijds omdat in Nederland weinig grond beschikbaar is voor een centrale PV-energieproductie en anderzijds omdat de waarde van PV-energie hoger is wanneer deze wordt geproduceerd op de plaats waar het tevens wordt gebruikt (aan de vraagzijde vindt productie plaats). 4.8. Kosten Een zonnepaneel van een vierkante meter kost ongeveer 700 euro (2009). Daarbij zijn de spullen inbegrepen die nodig zijn om het systeem te kunnen gebruiken, zoals kabels. Installeren van een paneel kost gemiddeld 200 euro. En 'gemiddeld' is een goed toegankelijk schuin dak. Als alles goed is afgesteld, levert een set van vier panelen jaarlijks zo´n 320 kWh aan elektriciteit op. Dat komt neer op circa 75 euro. Dat bedrag spaart u dus elk jaar uit. De opbrengsten vallen nog hoger uit als u gebruik maakt van dag/nacht-tarieven. Op het moment dat het PV-systeem elektriciteit levert, geldt het hogere dagtar ief. 12 Veiligheidsaspecten 4.9. Elektrische Aspecten Een zonnestroomsysteem wekt gelijkspanning (DC) op. De DC spanning wordt via een omvormer omgezet naar AC en gekoppeld aan het openbare distributienet. Dit maakt de opgewekte elektriciteit beschikbaar voor alle op het net aangesloten gebruikers, zonder dat eisen worden gesteld aan tijdstip van gebruik of het soort apparatuur. Zonnepanelen kunnen op verschillende manieren aan omvormers worden gekoppeld. De eerste mogelijkheid is om de opgewekte Omvormer elektriciteit van alle panelen te verzamelen en om te zetten naar AC met één centrale omvormer. Bij een 100 kWp systeem heeft zo’n centrale omvormer veel ruimte nodig. Voordelen zijn het onderhoudsgemak en de relatief lage kosten. Om elektrische verliezen in de bekabeling zoveel mogelijk te beperken is het dan gewenst om de zonnepanelen zodanig te verbinden dat een hoog systeemvoltage (ongeveer 400 Volt) wordt bereikt. Om dezelfde reden dienen de omvormers zo dicht mogelijk bij de zonnepanelen te worden opgesteld. Uiteraard zijn er tal van tussenvormen mogelijk, waarbij een bepaalde delen van de PV installatie op verschillende omvormers worden geplaatst. Dit is met name zinvol indien specifieke delen van de installatie een verschillende oriëntatie of hellingshoek hebben, of van afwijkend materiaal zijn. 4.10. Bouwkundige voorzieningen Extra voorzieningen die zijn vereist door plaatsing van een zonnestroomsysteem zijn voorzieningen die betrekking hebben op de bekabeling en ondersteuningsbeugels voor de zonnepanelen Bekabeling: De bekabeling van alle PV-panelen worden verzameld en loopt vanaf de daken Omvormer op onder de kap rechtstreeks naar de omvormer. Als de omvormer zich in de woning bevindt, dan zijn er geen grondkabels of tussenschakelkasten nodig. Het is belangrijk de kabellengte zo kort mogelijk te houden. Elke meter kabel introduceert extra kosten én extra verliezen. De PV modules moeten zo eenvoudig mogelijk kunnen worden bekabeld. Het is gebruikelijk dat 13 daartoe gebruik wordt gemaakt van connectoren (stekkers). Deze worden eerst aan de kabels aangebracht. Vervolgens wordt de gehele bekabeling, vanaf de omvormer tot op het dak, neergelegd. Daarna kunnen dan de modules één voor één aan de bekabeling aangesloten worden. Dit moet redelijk zorgvuldig gebeuren, aangezien de zonnepanelen direct stroom leveren als ze worden ingeplugd. Ondersteuningsbeugels: deze beugels moeten er voor zorgen dat zonnepanelen voldoende geventileerd worden en worden bij b.v. een pannendak onder de pannen op het dakvlak vastgezet. 4.11. Aansluitvoorwaarden Indien een particulier een PV systeem aan het elektriciteitsnet wil koppelen, moet deze voldoen aan de aansluitvoorwaarden voor zelfopwekkers op laagspanningsniveau. Dit zijn richtlijnen die door EnergieNed zijn opgesteld. Het energiebedrijf kan aanvullende eisen stellen. De aansluitvoorwaarden betreffen met name voorwaarden omtrent de veiligstelling van de bedrijfsvoering door het energiebedrijf, zowel onder normale als niet-normale bedrijfscondities. 4.12. Veiligheidsvoorzieningen Een PV systeem is een stroombron die gevoed wordt door de zon. Deze 'voeding' is bij het optreden van storingen niet uit te schakelen. Als dus bijvoorbeeld de omvormer uitvalt, dan blijven toch de zonnepanelen onder spanning staan. Storingen in de installatie mogen in geen geval tot onveilige situaties leiden. Daartoe moeten er in het ontwerp van de installatie een aantal voorzieningen opgenomen zijn. Op dit moment zijn er internationale richtlijnen in voorbereiding die deze voorzieningen beschrijven Onderzoeken hiervoor worden onder andere bij KEMA uitgevoerd. Als de totale gelijkspanning van het systeem hoger is dan 100 V moet het systeem worden geïnstalleerd, in werking worden gesteld en worden onderhouden door een bevoegde elektricien.. 4.13. De begrippen spanning, stroom, frequentie en weerstand. 4.13.1. Spanning De eenheid van spanning is Volt (V). Nemen we hiervoor een eenvoudige analogie: stel, je hebt een buis waardoor water stroomt. Hoe schever we die buis houden hoe groter het verschil in druk is tussen bovenzijde en onderzijde buis. Onder invloed van het verschil in hoogte ontstaat drukverschil.. Dit is bij elektriciteit ook zo, de spanning V zal een stroom I laten vloeien die onder meer afhankelijk is van de grootte van dit verschil in spanning. We spreken van zeer lage spanning bij een spanning tot 50 Volt wissel- of 120 Volt gelijkspanning (deurbel- en telefooninstallaties, elektrisch speelgoed). Dit zijn zogenaamde ‘veilige spanningen'. Van lage spanning spreken we indien de spanning niet hoger is dan 1000 Volt wissel- of 1500 Volt gelijkspanning (huisinstallaties 230 Volt, fabrieken vaak 380 Volt). Hoewel dit laagspanning wordt genoemd is deze spanning wel degelijk gevaarlijk. Van hoogspanning spreken we bij spanningen hoger dan 1000 Volt wissel- of 1500 Volt gelijkspanning. Dergelijke hoge spanningen hebben een extra gevaarlijke eigenschap, namelijk dat ze vonken of vlambogen, met temperaturen van 4.000- 14 20.000° C kunnen laten overspringen. Bij 1000 Volt al over 1 cm, bij hogere voltages over grotere afstanden. Hierdoor kan iemand zelfs geëlektrocuteerd raken zonder de stroombron aan te raken, of kan kleding vlamvatten waardoor ernstige brandwonden kunne ontstaan. 4.13.2. Stroomsterkte De eenheid van stroomsterkte is Ampère (I). Stel je een brandslang voor waardoor water stroomt, hiervan willen we het debiet willen weten (hoeveel liter per minuut). Daarvoor moeten we in de stroom een meetinstrument opnemen dat de hoeveelheid water door de buis weergeeft ( grootheid), en dit gedurende een bepaalde tijd, bijvoorbeeld één seconde. Dus liter per seconde. Hetzelfde gebeurt voor de elektrische stroom. Het aantal elementaire ladingen die op een bepaald ogenblik door een bepaald punt door een kabel stroomt vertegenwoordigen een bepaalde elektrische stroom gedurende 1 sec, in dit geval uitgedrukt in ampère. Het is vooral de stroomsterkte die de mate van weefselbeschadiging bepaalt. De hoeveelheid warmte (uitgedrukt in Joules) die in het weefsel wordt geproduceerd is namelijk afhankelijk van de stroomsterkte. In de literatuur wordt aangegeven, dat "het is niet het voltage, maar juist de stroomsterkte (ampères) het grootse risico is. Als dit maar dit gedeeltelijk waar is, waarom zie je dan toch zo veel waarschuwingsborden: Waarschuwing: Hoge spanning ? Het is allebei even belangrijk, zonder een goede spanning (voltage) komt de stroom je huid niet door, en zonder stroom (ampères) is er niets om door je huid heen te gaan. Je kunt dus wel 1 miljoen ampères hebben, maar als je maar 1 volt heb gebeurt er nog niets. Niet alleen de spanning is van belang, maar ook hoe groot de stroomsterkte is door je lichaam en hoe lang die duurt. Hoe groter de weerstand, hoe kleiner de stroomsterkte. De weerstand in de stroomkring is niet alleen die van de huid, maar die van de hele kring. 4.13.3. Frequentie Frequentie wordt uitgedrukt in Hertz.De spanning die we uit het wandcontactdoos halen heeft een frequentie van 50 Hertz, d.w.z. 50 sinusperioden per seconde. Lage frequenties leiden eerder tot verkramping van de spieren en tot aantasting van het hart, met name tot hartkamer fibrilleren. Verkrampende spiercontracties leiden tot het onvermogen om de stroombron los te laten, waardoor de aanraaktijd en dus de schade toeneemt. 4.13.4. Weerstand De eenheid van weerstand is Ohm (R). Diverse weefsels hebben een wisselende weerstand, waardoor bij een zelfde voltage de stroomsterkte in die weefsels kan wisselen, zoals blijkt uit de formule I=V:R (als de weerstand afneemt neemt de stroomsterkte toe). De totale lichaamsweerstand wordt bepaald door de huidweerstand en de inwendige weerstand. De huidweerstand kan variëren als gevolg van omgevingsfactoren en is daardoor in hoge mate bepalend voor het effect van de blootstelling aan elektriciteit. De weerstand van het lichaam kan veranderen als door verkramping of schrikreacties 15 de weg van de stroom door het lichaam verandert, en door transpiratie en de schrik ook de weerstand van de huid zal afnemen. 4.13.5. Stroomweg Afhankelijk van de in- en uitstroom plaats (vaak ‘aarde') en de doorstroming kunnen vitale organen, met name het hart, wel of niet in de stroomweg zijn opgenomen. Afhankelijk daarvan zij de gevolgen van een elektrische schok meer of minder ernstig. 4.13.6. Omgevingsfactoren De belangrijkste omgevingsfactor is vocht, en met name het effect op de huidweerstand. Bij een droge huid kan de weerstand 10.000 Ohm of meer bedragen, waarbij een spanning van 220 Volt een stroom van 22 mA (I=V:R) veroorzaakt. Mits de getroffene de onder spanning staande geleider kan loslaten is een dergelijke spanning nog veilig (tussen 10 en 30 mA), zodat men meestal met de schrik vrijkomt. Indien de huid vochtig is (transpiratie of werken in natte ruimten) bedraagt de weerstand van het lichaam vaak minder dan 500 Ohm waardoor de stroomsterkte bij 220 Volt oploopt tot 110 mA en hierdoor de afloop vaak dodelijk is. 4.13.7. Individuele factoren Individuele variaties op elektrische blootstelling zijn een gevolg van onder meer de leeftijd, lichamelijke conditie, eventuele (hart)ziekten en het geslacht. Vrouwen blijken een 30% hogere gevoeligheid te hebben voor de effecten van stroom dan mannen. Wanneer iemand zelf deel gaat uitmaken van een elektrisch circuit zijn er dus een aantal variabelen die een belangrijke rol spelen in de effecten op zijn/haar lichaam (de menselijke weerstand tegen elektriciteit), deze zijn: De stroomsterkte die door het lichaam voert De route die de stoom neemt; hand - hand, hand - voet enz. De tijd van de stroom Andere factoren die van invloed kunnen zijn de ernst van de effecten van de elektrische schok zijn Lichaamsgrootte en vorm (spiermassa en lichaam, hoe groter de persoon des te meer bestand tegen stroom). Plaats van aanraking van het lichaam met de onder stroom staande delen Wordt er losjes of stevig vastgepakt Droge of bezwete handen Dragen van sierraden e.d. Soort huid, veel eelt (binnenzijde handen) of gladde huis (rug van de hand) Bij het krijgen van een elektrische schok kunnen de volgende effecten ontstaan afhankelijk van de stroomsterkte, lees het aantal ampères, dat door het lichaam gaat: 16 Stroomsterkte 1 mA tot 2 mA tot 10 mA Inwerking op het lichaam Zwakke gevoeligheid, kribbelen Spierkrampen tot 25 mA Oplopen van de bloeddruk 25 mA tot 50 mA Hevige spierkrampen, maagkrampen, hartkamerfibrillatie meer dan 50 mA Hartkamerfibrillatie meer dan 3000 mA Hevige verbrandingen Gevolgen Schrikken Verlammingsverschijnselen, loslaten is nog mogelijk Bewusteloosheid, ademhalingsstoornissen Sterke verlammingsverschijnselen, ademhalingsstilstand, hersenen zonder zuurstof Harststilstand, dood Hartstilstand, dood door verbranding Het krijgen van een elektrische schok is één van de mogelijke gevaren bij het werken met elektriciteit, maar het krijgen van brandwonden is een ander gevaar dat kan optreden. Verbrandingen kunnen worden veroorzaakt door o.a. aanraking en vlambogen. Elektrische brandwonden, beschadiging van het weefsel, treedt op omdat het lichaam niet in staat is om de overtollige warmte, uit de door het lichaam gaande stroom, af te voeren. Deze soorten brandwonden helen meestal langzaam. Een elektrische vlamboog kan door de hoge temperatuur, die daarbij ontstaat, materiaal in de buurt doen smelten, brandwonden veroorzaken en kleding in brand steken tot op een afstand van 10 meter 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. 4.14. Brandveiligheid Richtlijnen en regels betreffende bouwwerkzaamheden en structurele brandveiligheid zijn beschikbaar bij de lokale autoriteiten. • De dakconstructie en installatie kan invloed hebben op de brandveiligheid van een gebouw. Onjuiste installatie kan tot gevaarlijke situaties leiden in het geval van brand. • Voor toepassing op daken moeten de panelen worden bevestigd op een vuurvaste dakbedekking die geschikt is voor de toepassing. • Het is mogelijk dat er gebruik moet worden gemaakt van een aardlekschakelaar, zekeringen of onderbrekers. • Gebruik de panelen niet in de nabijheid van materiaal of locaties waarbij ontvlambare gassen kunnen ontstaan of verzamelen 17 5. Gevaren die kunnen ontstaan door zonnepanelen die betrokken zijn bij brand; 1. Vallende componenten van het dak/ instorten van het dak 2. Inademen giftige stoffen (minst gevaarlijk) 3. Kans op elektrische schok tijdens blussen, gevaren van spanningsbogen bij DC deel 5.1. 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 inzetpersoneel 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 5.2. 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 zich met ademluchtbescherming goed beschermen tegen het inhaleren van giftige stoffen waardoor deze geen gevaar hoeven vormen voor hun gezondheid. 5.3. 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. Als belangrijkste eigenschap voor dat gevaar van elektriciteit is dat je het niet ziet, in tegenstelling tot een brand, die produceert vlammen rook en hitte. De brandwonden kan je dan in een relatief voorspelbare manier verwachten. Als je elektrische installaties niet met kennis en respect behandeld dan kan elektriciteit krachtig toeslaan en nietsvermoedende slachtoffers maken. Soms zelfs dodelijke! Er is tevens bij hoge voltage kans op spanningsbogen met kans op ontstaan van brand of verbranding. 18 5.3.1. Brandbaarheid van de kabels Er zijn brandtesten gedaan met twee soorten kabels van PV-systemen, een 4 mm² en een 4 x 1, 5 mm ². Er is gemeten hoelang het duurde voordat de kabels brandden en hoelang het duurde voordat de metalen stroomkabels bloot kwamen te liggen. In beide gevallen begon de isolatie na ongeveer 1 minuut te branden. Bij de een aderige kabel kwam de metalen kabel ongeveer 1 minuut later bloot te liggen, bij de 4 aderige kabel duurde dat nog ongeveer 2,5 minuten. Er is dus geen verschil met de normale leidingen van de huisinstallatie. 5.3.2. Systeem spanningsvrij maken Het spanningsvrij maken van het systeem is niet eenvoudig te realiseren - De zonnepanelen zelf zijn niet spanningvrij te maken, -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 veelal geen zin omdat de cellen allemaal gekoppeld zijn kan er nog steeds spanning worden opgewekt, wel wordt daardoor de DC uitgangsspanning mogelijk verlaagd. - Installatie van een “safety shutdown” in elk paneel, aangestuurd vanuit de omvormer. Bij het wegvallen van het openbaar net wordt ieder paneel individueel afgeschakeld. 5.3.3. Afsluiting van de PV-modules De omvormer kan spanningsloos gemaakt worden door een hoofdschakelaar te plaatsen, zodat er bij uitschakelen geen wisselstroom (AC) van de zonnecellen wordt geleid naar de huisinstallatie. Het gelijkstroomdeel (DC) van de panelen kan echter niet stroomloos worden gemaakt. Het is dus van grot gelang om de kabels naar de omvormer zo kort mogelijk te maken (Nb. Dit heeft gelijk als nadeel dat een omvormer vlak bij de panelen wordt geplaatst, dus vaak vlak onder het dak (zolder). In feite is er dus geen manier om zonnepanelen uit te schakelen Zolang deze worden blootgesteld aan zonlicht (of zelfs maanlicht), wordt er spanning opgewekt. Deze lage spanning per paneel is ongevaarlijk (30 tot 80 V). Volgens de veiligheidsnormen kan een DC spanning van 120 V al levensbedreigend zijn. In het algemeen zijn meerdere modules in serie geschakeld. Als gevolg hiervan kunnen spanningen optreden tot 800 V DC. 19 5.3.4. Onderbreking van de serieschakeling De meest effectieve methode voor het voorkomen van die hoge spanning is de serie schakelingen te onderbreken. Hiervoor moeten echter de onderlinge kabel stekkerkabels tussen de panelen onderling uit elkaar worden gehaald. In de praktijk is het nauwelijks mogelijk. Om snel te kunnen handelen kan met een brandweer bijl enkele panelen worden vernietigd. Er moeten in ieder geval meerder panelen worden kapot gemaakt omdat het niet te zien hoe de serie schakeling verloopt. Hoe meer panelen worden vernietigd hoe groter de kans op een veilige lage overblijvende spanning. 5.3.5. Onderbreking van de lichtinval Een andere mogelijkheid om de spanning te onderbreken is de lichtinval te onderbreken. In Duitsland zijn proeven gedaan met en lichtdichte folie (Hamburg) en met schuim (Bad Königshofen) . Beide proeven bleken niet succesvol te zijn in de praktijk. Door een brand ontwikkelende thermiek maakt het vrijwel onmogelijk om de folie aan te brengen. Er zijn testen gedaan met zwaar, middel en lichtschuim. Het bleek zeer moeilijk te zijn het schuim zo op te brengen dat deze het paneel geheel afdekte. Door de gladde ondergrond van de panleen gleed het schuim er ook weer vrij snel af. Het werd dan ook geen succes. 5.4. Bij brand Bij aanrijden en aankomst moet de brandweer scannen of op het dak o.d. te zien is of er mogelijk sprake is van zonne-energie gerelateerde modules. Door twee factoren, zal het gevaar van een PV-systeem onmiddellijk kunnen worden beoordeeld. In de eerste plaats kan door de aard en omvang van de plant, de geïnstalleerde capaciteit van het PVsysteem worden ingeschat. In de tweede plaats zullen rookwolken ook voor de daling in de prestaties zorgen. Een brandweerman, die dan belast wordt met het afschakelen van de elektrische circuits, moet de bevelvoerder informeren over waarschuwingsstickers op het aanwezige systeem. Deze informatie moet via de bevelvoerder worden doorgegeven aan al het ingezette personeel. Alle mogelijke afschakeldingen moet worden uitgevoerd, ook bij b.v. de accu’s, de omvormer en de generator. Realiseer je dat de zonnecellen, ook al is de hoofdstroom uitgeschakeld, spanning blijven genereren tot aan de omvormer. 20 Ga niet knippen in of lopen over de zonnepanelen Het breken van de beschermende glaslaag kon mogelijk tot gevolg hebben dat er elektriciteit vrijkomt op onverwachte plaatsen. Er moet bij aangetaste kabels (brand) echter wel degelijk rekening worden gehouden met onder spanning staande delen. Door zonnepanelen gericht kapot te slaan kan de veiligheid op dit gebeid worden verhoogd, maar daarvoor is wel kennis nodig van de systemen. Zolang de panelen en de bekabeling intact zijn, is er in principe geen probleem Onderbreken van de gelijkstroomkring kan vlambogen veroorzaken Individuele panelen leveren een “veilige” spanning Uitschakeling van de hoofdschakelaar zorgt automatisch voor het uitvallen van de omvormer – maar de gelijkstroomkring blijft onder spanning ( als het buiten nog licht is) Wat dus niet werkt : Aanbrengen van schuim Afdekken met donkere folie Afdekken met lichtdichte folie zou kunnen werken, maar is in de praktijk meestal moeilijk aan te brengen Wat werkt altijd : wachten tot zonsondergang of de volgende zonsverduistering 5.4.1. Dit is niet de oplossing De brandweer besloot om de brand niet te blussen in dit magazijn te Hohehaspe, omdat er een PV systeem aanwezig was. 21 Protocol Inzetschema PV-systemen Is er een PVinstallatie aanwezig Geen bijzondere acties nee ja Is het systeem onbeschadigd Ja/nee AC (in meterkast hoofdschakelaar normaal 230 volt systeem) uitschakelen in meterkast ja ja Is het mogelijk Pv systeem af te schakelen (DC systeem) nee ja Is de DC schakelaar bij omvormer bereikbaar nee ja DC afschakelen ja Geen extra gevaar door Pv-systeem 22 De PV installatie is bij daglicht niet stroomloos tot aan de DCschakelaar. Bij inzet voorzichtig handelen, natte delen van de PV installatie niet betreden of aanraken nee Tot de meterkast blijven de draden en systeem onder stroom staan. Extra voorzichtigheid geboden bij handelen en natte delen. Maatregelen : Door afschakelen DC kan AC deel spanningsloos gemaakt worden (ook het NET-deel afschakelen) Inzetten volgens protocol “omgaan met spanningvoerende delen” Als niet zeker is dat de spanning van het systeem is dan moeten tenminste de volgende afstanden worden aangehouden: o Sproeistraal 5m o Gebonden straat 10m Uit de pers. wo 06 mei 2009 BRUSSEL - Bij een brand in een huis met zonnepanelen lopen brandweerlieden het risico geëlektrocuteerd te worden. Dat meldde de Vlaamse omroep VRT woensdag. De BBV dringt er bij de Belgische overheid op aan snel procedures uit te werken die duidelijk maken hoe de brandweer met het probleem dient om te gaan. Minister Guido De Padt van Binnenlandse Zaken is bekend met het probleem, reageert zijn woordvoerster. Ze zegt dat een aantal specialisten al een tijdje op zoek is naar oplossingen. Volgens die specialisten zou het probleem niet heel ernstig zijn. Geert Lenoir van BeIPV, de Belgische federatie voor zonne-energie, relativeert het gevaar. Zijn organisatie zal deze week contact opnemen met de brandweer om het elektrocutiegevaar te bespreken. „Wij zullen duidelijk uitleggen aan de technische mensen van de brandweer hoe ze de gelijkstroomkring moeten uitschakelen. Zo zullen ze 100 procent veilig kunnen werken bij interventies”, aldus Lenoir Kans op elektrocutie bij brand zonnepanelen Toegevoegd: 06 mei 2009 - 12:18 uur Door: Jan-Willem Kempeneers MIDDELBURG - Het wordt oppassen geblazen voor brandweerlieden. Bij brand in een woning die voorzien is van zonnepanelen kunnen brandweerlieden namelijk geëlektrocuteerd worden. Ook in Zeeland zijn woningen voorzien van dergelijke panelen. Als in een woning de hoofdschakelaar wordt uitgeschakeld blijven de zonnepanelen echter gewoon opladen. Dat meldt de Belgische nieuwszender VRT woensdag. De problemen zijn in België aangekaart door de Brandweervereniging Vlaanderen (BVV). Directeur van de vereniging, Guy van de Gaer, zegt tegenover de krant dat de BVV er bij de Belgisch overheid op aandringt om snel procedures uit te werken voor dergelijke situaties. De Belgen hoorden van het probleem via hun Duitse collega’s. Nederlandse en dus ook Zeeuwse brandweerkorpsen kunnen eveneens te maken krijgen met deze gevaarlijke situatie. Steeds meer woningen worden in het kader van het opwekken van duurzame energie voorzien van zonnepanelen. Mocht bij brand een zonnepaneel beschadigd raken dan kunnen brandweerlieden geëlektrocuteerd worden als er geblust wordt met water. In Duitsland is de vereniging van brandweerkorpsen groot voorstander van het aanbrengen van een pictogram op een woning die voorzien is van zonnepanelen. Volgens de BVV in België moet snel actie ondernomen worden. De vereniging wil volgens nieuwszender VRT voorkomen dat korpsen hun eigen regels en procedures gaan uitwerken. Overigens lijkt al het gevaar geweken te zijn als de bedrading van de kring van zonnepanelen onderbroken is. Belgische brandweerlieden zullen gaan leren hoe ze een gelijkstroomkring moeten uitschakelen zodat op dat gebied 100 procent veilig 23 gewerkt kan worden tijdens een brand. Hoe momenteel dergelijk problemen in Nederland opgepakt worden is niet bekend. 24 Websites: http://www.feuerwehr-rottal-inn.de/Documente/brandschutz-photovoltatikanlagen.pdf http://www.lfs-bw.de/servlet/PB/menu/1121237/index.html http://www.kfvinfo.de/index.php?option=com_content&task=view&id=45&Itemid=138 http://www.kfvinfo.de/dmdocuments/fachinformationen/brandschutz/photovoltaik_info.pdf http://www.kfvkronach.de/inspektion/rs/info_lfv_fachtagung_photovoltaikanlagen2005.pdf http://www.fsec.ucf.edu/en/industry/resources/pv/codes_standards/pvcodes2.htm http://www.kuerverssolar.de/downloads/merkblattphotovoltaik.pdf http://osfm.fire.ca.gov/training/photovoltaics.php http://www.ocfa.org/_uploads/pdf/PhotovoltaicGuideline.pdf http://www.duurzame-energie.nl http://www.milieucentraal.nl http://www.tue.nl/cursor/bastiaan/jaargang43/cursor04/onderzoek.shtml http://www.duurzame-energie.nl/ http://www.vrom.nl/pagina.html?id=7543#a10 25
