Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2017 vyšlo
tiskem 6. 12. 2017. V elektronické verzi na webu od 5. 1. 2018. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Meranie točivých strojov s použitím metódy SFRA
Aplikační možnosti ultrakapacitorů a akumulátorů LiFePO4 v trolejbusové síti Dopravního podniku města Brna

Aktuality

Temelín dosáhl nejvyšší roční výroby Elektřinu, která by českým domácnostem vystačila na téměř 12 měsíců, vyrobila od začátku…

MONETA Money Bank se jako první firma v ČR rozhodla zcela přejít na elektromobily MONETA Money Bank se jako první společnost v České republice oficiálně rozhodla, že do…

ŠKODA AUTO bude od roku 2020 v Mladé Boleslavi vyrábět vozy s čistě elektrickým pohonem ŠKODA AUTO bude vozy s čistě elektrickým pohonem vyrábět v závodě v Mladé Boleslavi. Již…

Největší českou techniku povede i nadále stávající rektor Petr Štěpánek Akademický senát VUT v Brně na dnešním zasedání zvolil kandidáta na funkci rektora pro…

44. Krajský aktiv revizních techniků v Brně Moravský svaz elektrotechniků Vás zve 21. listopadu na 44. KART v Brně.

Soutěž o nejlepší realizovaný projekt KNX instalace Spolek KNX národní skupina České republiky, z. s. vyhlásil soutěž o nejlepší projekt…

Více aktualit

Požární bezpečnost fotovoltaických systémů

plk. Ing. Zdeněk Hošek,
MV – generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR
 
Využití sluneční energie není žádnou novinkou. Pouze se neustále zdokonalují systémy a technologie pro lepší zužitkování této energie. Podle statistik Energetického regulačního úřadu bylo k 1. prosinci 2010 na území naší republiky instalováno 12 109 fotovoltaických elektráren o celkovém výkonu 1 393,86 MW. Jednou z nepříznivých stránek tohoto vývoje je problematika zajištění požární bezpečnosti fotovoltaických systémů.
 

Fotovoltaický článek

 
Fotovoltaický článek je obecně vzato vel­koplošná dioda s alespoň jedním přechodem PN. Ve fotovoltaickém článku lze teoreticky přeměnit na elektřinu maximálně 50 % do­padajícího světelného záření. Jeden fotovol­taický článek typického rozměru 10 × 10 cm je schopen při maximálním výkonu dodávat stejnosměrné napětí 0,5 V a proud až 3 A. Za­tímco s rostoucí intenzitou dopadajícího svět­la elektrický výkon fotovoltaického článku roste, s jeho rostoucí teplotou naopak výkon klesá (při zvýšení teploty o 10 °C poklesne výkon o 4 %, při zvýšení o 25 °C výkon kle­sá až o 10 %).
 

Fotovoltaické panely (FVP)

 
Napětí jednoho fotovoltaického článku je stejnosměrné, v rozsahu 0,5 až 0,6 V. Takové napětí je příliš nízké pro další využití v pra­xi. Sériovým propojením několika článků lze však získat napětí, které je použitelné v růz­ných typech fotovoltaických systémů. Sestavy článků v sériovém nebo i sériově-paralelním řazení, hermeticky uzavřené ve struktuře kry­cích materiálů, tvoří fotovoltaický panel. Fotovoltaický panel určený pro použití v praxi musí vykazovat dostatečnou mechanickou a klima­tickou odolnost (např. proti silné­mu větru, krupobití, mrazu). Kon­strukce solárních panelů jsou proto v závislosti na způsobu jejich pou­žití variabilní. Většinou jsou opat­řeny duralovými rámy. Jednak pro zpevnění celé konstrukce, jednak z důvodů montážních. Čelní krycí vrstva je obvykle vyrobena ze spe­ciálního tvrzeného (bezpečnostní­ho) skla, které odolává i silnému krupobití (obr. 1). V praxi se obvykle používají pane­ly s 36 fotovoltaickými články o výstupním jmenovitém stejnosměrném napětí 12 V nebo se 72 články o napětí 24 V. Výkon fotovolta­ických panelů se udává ve wattech (W). Pod pojmem jmenovitý výkon fotovoltaických pa­nelů se rozumí výkon vyrobený fotovoltaic­kým panelem při výkonnostní zkoušce, kdy je panel zkoušen při záření o hustotě energie 1 000 W/m2, při teplotě 25 °C a světel­ném spektru odpovídajícím slunečnímu zá­ření po průchodu bezoblačnou atmosférou Země. V zahraniční literatuře se často pou­žívá jednotka Wp (watt peak). V podstatě jde o snahu vyjádřit, že jde o maximální výkon panelu (ve wattech) za ideálního letního dne.
 
Fotovoltaické panely mají v závislosti na druhu použité technologie různý výkon (obvykle od 150 do 280 W). Účinnost průmys­lově vyráběných fotovoltaických panelů se po­hybuje okolo 14 až 17 % a jejich životnost se uvádí přibližně 25 let (odvozeno na základě laboratorních zkoušek). Po uplynutí dvanácti let je garantován zpravidla výkon 90 %, do 25 let zaručují výrobci výkon 80 %.
 

Fotovoltaické systémy (FVS)

 
Vhodnými propojeními fotovoltaických článků anebo panelů vznikají fotovoltaické systémy různých výkonů. Podle účelu použití lze fotovoltaické systémy rozdělit do čtyř základních skupin:
  • Drobné aplikace jsou např. fotovoltaic­ké články v kalkulačkách nebo také solár­ní nabíječky akumulátorů. Trh drobných aplikací nabývá na významu, protože se množí poptávka po nabíjecích zařízeních pro okamžité dobíjení akumulátorů (mo­bilní telefony, notebooky, fotoaparáty, pře­hrávače MP3 apod.).
  • Síťové systémy (grid-on) jsou systémy připojené k distribuční síti. Nejčastěji se uplatňují v oblastech s hustou sítí elektrických rozvodů. Připojení těchto systé­mů podléhá schvalovacímu řízení. Mezi nejčastější způsoby použití grid-on pat­ří střešní systémy rodinných a bytových domů, fasády a střechy administrativních budov, fotovoltaické elektrárny na volné ploše.
  • Ostrovní systémy (grid-off) se používají všude tam, kde není k dispozici rozvod­ná síť a kde je třeba střídavé napětí 230 V. Obvykle jsou ostrovní systémy instalovány na místech, kde není účelné nebo kde není možné vybudovat elektrickou přípojku.
  • Fotovoltaika integrovaná do budov (BIPV, Building Ïntegrated Photovoltaics) je pou­žití fotovoltaiky v obvodových pláštích bu­dov (např. střechy, transparentní podhledy, stropy, fasády). Jednak přispívá k architek­tonické atraktivitě budovy, jednak má pří­znivý dopad na snížení nákladů na insta­laci samotného fotovoltaického systému. Vzhledem k tomu, že pláště budov jsou ob­vykle vystavovány nemalým energetickým tokům v podobě slunečního záření, zname­ná využívání této energie pomocí systémů umístěných na jejich povrchu významný přínos v úspoře primárních energií.

Propojení fotovoltaických systémů kabely

 
Ve fotovoltaických systémech se běžně používají dva typy kabelů. Kabely pro stej­nosměrnou část (DC) jsou určeny pro rozvod elektrické energie od přípojnic fotovol­taických panelů k měniči (střídači) napětí. Kabely pro střídavou část (AC) se používají pro rozvod elektrické energie od měniče na­pětí do rozváděče či elektrické stanice. Ka­bely používané ve stejnosměrné části musí být dimenzovány pro stejnosměrné napětí až 800 V. Navíc musí vyhovovat také podmín­kám venkovního prostředí. Z důvodu ochra­ny proti nežádoucímu uzemnění a zkratu jsou záporný a kladný vodič vedeny odděleně. Pro tyto účely vyhovují jednožilové vodiče s dvo­jitou izolací. Tyto vodiče musí být odolné proti mechanickému namáhání, UV záření, vlivům počasí a velkým teplotním rozdílům (–40 až 70 °C).
 

Bezpečnost fotovoltaických systémů z hlediska právních předpisů a technických norem

 
Podmínky pro výstavbu a bezpečný pro­voz fotovoltaických aplikací v České repub­lice upravuje množství právních předpisů. Velký význam má zejména energetický zá­kon [1], dále zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů [2], stavební zákon [3], vyhláška o obecných požadavcích na využí­vání území [4], vyhláška o podrobnější úpra­vě územního řízení a veřejnoprávní smlouvy [5], zákon o požární ochraně [6], vyhláška o požární prevenci [7], vyhláška o technic­kých podmínkách požární ochrany staveb [8], nařízení vlády, kterým se stanovují tech­nické požadavky na elektrická zařízení níz­kého napětí [9].
 
Na uvedené právní předpisy navazuje také několik českých technických norem, které vymezují podrobné technické pod­mínky vztahující se k bezpečnému provozu fotovoltaických systémů. Jsou to zejména ČSN 33 2000-7-712 [10], ČSN EN 61215 [11], ČSN IEC 755 [12], ČSN EN 60439-1 ed. 2 + Z1 [13], ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 [14], ČSN 73 0804 [15].
 
Pozn.: Na tomto místě je třeba upozornit na skutečnost, že pro fotovoltaické systémy nelze využívat ČSN 73 0848 Požární bez­pečnost staveb, Kabelové rozvody, protože se tato norma na výrobny elektřiny nevztahuje.
 

Podmínky požární bezpečnosti pro umísťování a navrhování fotovoltaických systémů

 

Umísťování fotovoltaických systémů

Při umísťování fotovoltaických systémů v území je třeba vycházet z obecných usta­novení stavebního práva. Tyto stavby nelze umístit v nezastavitelném území, neboť nejde o veřejnou technickou infrastrukturu, a v dů­sledku toho není možné při posuzování zá­měru využít např. ustanovení § 18 odst. 6 sta­vebního zákona. Následně se uplatní postup podle zákona o požární ochraně a předpisů vydaných k jeho provedení, které stanovu­jí, že stavba fotovoltaického systému musí být ve smyslu podrobností uvedených v § 2 odst. 1 vyhlášky č. 23/2008 Sb. umístěna tak, aby podle druhu splňovala technické podmín­ky požární ochrany zejména na:
  • odstupové vzdálenosti a požárně nebez­pečný prostor,
  • přístupové komunikace a nástupní plochy pro požární techniku.
V případě umístění ostrovního či síťové­ho fotovoltaického systému na volném pro­stranství lze tato zařízení z hlediska již uvedených předpisů a v souladu s ČSN 73 0804 považovat za otevřené technologické zařízení, od kterého je stanovena minimální odstupová vzdálenost 6,5 m, popř. se stanoví na základě podrobného výpočtu.
Pro účinný a bezpečný zásah jednotek požární ochrany se stavby a nástupní plo­chy pro požární techniku ve smyslu ustano­vení § 12 a přílohy č. 3 vyhlášky č. 23/2008 Sb. navrhují:
  • s vjezdy pro požární techniku o minimální šířce 3,5 m a výšce 4,1 m, jde-li o prosto­ry obestavěné, ohrazené nebo jiným způ­sobem znepřístupněné,
  • se smyčkovým objezdem nebo plochou umožňující otáčení vozidla v případě ne­průjezdných jednopruhových přístupových komunikací delších než 50 m,
  • 4 m od hranice ochranného pásma takovým způsobem, který umožňuje příjezd a pro­vedení zásahu mimo ochranné pásmo.
Zde je však třeba vzít v úvahu rovněž usta­novení § 2 odst. 2 písm. a) bod 20 energetic­kého zákona, že každé energetické zařízení sloužící pro přeměnu různých forem energie na elektřinu, zahrnující všechna nezbytná za­řízení (např. elektrické stanice), je považová­no za výrobnu elektřiny, která musí být chrá­něna ochranným pásmem, přičemž:
  • ochranné pásmo výrobny elektřiny je vymezeno svislými rovinami vedenými ve vodorovné vzdálenosti 20 m kolmo na oplocení nebo na vnější líc obvodového zdiva elektrické stanice (§ 46 odst. 7 ener­getického zákona),
  • ochranné pásmo vzniká dnem nabytí práv­ní moci územního rozhodnutí o umístění stavby nebo územního souhlasu s umístě­ním stavby; jestliže není podle stavebního zákona vyžadován ani jeden z těchto do­kladů, vzniká ochranné pásmo dnem uve­dení zařízení elektrizační soustavy do pro­vozu ([1], § 46, odst. 1).
Největším problémem při umísťování fo­tovoltaických systémů jsou tzv. dodatečné in­stalace zejména síťových systémů na již exis­tujících objektech, které jsou považovány za technická zařízení stavby, jsou domovním (vnitřním) technickým zařízením. Podle sta­noviska ministerstva pro místní rozvoj je mož­né takové instalace podle ([3], § 103 odst. 1 písm. b bod 20) posoudit jako záměr, který pro svoji realizaci nevyžaduje stavební povolení ani ohlášení stavebnímu úřadu. V takovém přípa­dě by mohla být za určitých okolností poruše­na právní jistota zatížením sousedních staveb a pozemků věcným břemenem v podobě nově vzniklého ochranného pásma výrobny elektřiny (bez vědomí a souhlasu jejich vlastníků) a také ohrožen život či zdraví zasahujících hasičů.
 

Navrhování fotovoltaických systémů

Při navrhování fotovoltaických systé­mů je třeba vycházet z obecných ustanove­ní stavebního zákona, a to z tohoto pohledu: Pro stavbu mohou být navrženy a použity jen takové výrobky, materiály a konstruk­ce, jejichž vlastnosti z hlediska způsobilos­ti stavby pro navržený účel zaručují, že stav­ba při správném pro­vedení a běžné údržbě po dobu předpokláda­né existence splní po­žadavky na mechanic­kou odolnost a stabili­tu, požární bezpečnost, hygienu, ochranu zdra­ví a životního prostředí, bezpečnost při udržo­vání a užívání stavby, včetně bezbariérového užívání stavby, ochranu proti hluku a na úspo­ru energie a ochranu tepla.
 
Fotovoltaické sys­témy a jejich komponenty (např. moduly, roz­vodnice, měniče, zdroje a rozvodnice se spí­nacími přístroji) jsou podle nařízení vlády č. 17/2003 Sb. výrobky stanovené k posouzení shody. Některé typy těchto elektrických za­řízení jsou však vyráběny za účelem trvalého zabudování do stavby. V důsledku toho musí svým provedením vyhovovat určenému účelu použití, a splňovat tedy i základní požadav­ky stanovené směrnicí Rady 89/106/EHS pro stavební výrobky.
 
Při vlastním navrhování fotovoltaických systémů se při zpracování požárněbezpečnost­ního řešení vychází z požadavků zvláštních právních předpisů, normativních požadavků a z podmínek vydaného územního rozhodnutí. V této souvislosti je třeba upozornit na určitou diskrepanci některých ustanovení stavebního zákona a energetického zákona, které by moh­ly činit nejen při navrhování požární bezpeč­nosti fotovoltaických systémů potíže.
 
Je třeba mít na zřeteli, že i když podle § 103 odst. 1 písm. b) bod 4 stavebního zá­kona zařízení, která jsou součástí nebo pří­slušenstvím energetické soustavy, nevyžadu­jí stavební povolení ani ohlášení stavebnímu úřadu, vlastní stavby energetické sousta­vy (buď jako celek, nebo části schopné sa­mostatného užívání) však jednoznačně vy­žadují územní rozhodnutí v souladu s § 92 nebo v některých případech územní souhlas v souladu s § 96 stavebního zákona. Jde totiž o stavby, které nejsou vymezeny v taxativním výčtu staveb a zařízení nevyžadujících podle § 79 odst. 3 téhož zákona rozhodnutí o umís­tění stavby ani územní souhlas. Celá situace je komplikována zejména tím, že stavební ani energetický zákon pojmy energetická sousta­va, příslušenství součást nedefinují.
 
Z výše uvedeného lze ale dovodit, že sou­časné pojetí § 103 odst. 1 písm. b) bod 4 sta­vebního zákona v kontextu s požadavky § 92 (§ 96) umožňuje doplnit stavbu (v tomto pří­padě energetickou soustavu, její část elektri­zační soustavu) o prvek, který je její součás­tí či příslušenstvím, avšak z hlediska toho­to zákona musí být v souladu s podmínkami rozhodnutí o umístění stavby, popř. s územ­ním souhlasem.
 
Složitější situace nastává při navrhování ostrovních systémů nebo síťových systémů na parcele rodinného domu nebo na jeho stře­še. Z tohoto pohledu jde rovněž spíše o pro­blematiku stavebního práva, které upravuje tuto věc dvěma způsoby:
  • v rámci plochy pro bydlení není možné bez změny územního plánu umísťovat zaříze­ní, jako je sluneční elektrárna, s větší ka­pacitou, než vyžaduje povolovaný rodinný dům,
  • je-li plocha územním plánem určena pro bydlení, mohou na ní být v souladu s územněplánovací dokumentací umísťovány pouze kolektory pro ohřev vody nebo přitápění, popř. fotovoltaické panely pro výrobu elektrické energie pouze v tom případě, že slouží výlučně pro navržený dům a jsou umístěny na něm nebo na jeho pozemku.
Při umísťování fotovoltaických systémů na střechách objektů je také nutné posoudit, zda střešní plášť, konstrukce fotovoltaického systému a systém ochrany před bleskem vy­hovují technickým podmínkám vyhlášky č. 23/2008 Sb. Fotovoltaické moduly musí zá­roveň být instalovány tak, aby byl zajištěn od­vod tepla při maximálním slunečním osvitu v daném místě.
 
Pro ochranu FV musí být dodrženy poky­ny výrobce a napájecí vodič musí mít na stra­ně AC hlavního přívodu přístroje pro ochranu proti proudovému přetížení a zkratu. U foto­voltaického měniče napětí musí být na stra­ně DC instalován odpojovač. Rozvodná zařízení elektrické energie a hlavní vypínače elektrického proudu musí být označeny ve smyslu podrobností uvedených v ustanovení § 11 odst. 2 písm. f) vyhlášky o požární prevenci. Všechny roz­váděče (fotovoltaické zdroje, fotovoltaická pole) musí být také označeny štítkem ozna­mujícím, že části uvnitř rozváděčů mohou být živé ještě po odpojení fotovoltaického měniče napětí.
 

Požární ochrana provozovaných fotovoltaických systémů

 
Z hlediska požární ochrany jsou fotovolta­ické systémy a aplikace problematické zejmé­na z důvodů ztížené dostupnosti pro jednot­ky požární ochrany (odlehlé ostrovní systémy ve volné přírodě nebo síťové systémy na stře­chách objektů) a ztížených podmínek pro zá­sah (stejnosměrnou část fotovoltaických sys­témů nelze vypnout, jde o zásah pod napětím a v ochranném pásmu). Měnič napětí s odpo­jovačem se v instalaci fotovoltaické výrobny elektřiny umisťuje tak, aby stejnosměrná část rozvodu, která zůstává pod stálým napětím, byla co nejkratší. Střešní nebo fasádní in­stalace fotovoltaických panelů nesmí svým provedením znemožňovat odvětrání objektu či prostoru, omezit provoz, opravy a údržbu spalinových cest, ani bránit přístupu jednotek požární ochrany při zásahu.
 
Vzhledem k tomu, že většina standardně vyráběných fotovoltaických panelů obsahuje pouze minimální množství hořlavých hmot, lze je jako zdroj vzniku požáru téměř spoleh­livě vyloučit. Jedinými hořlavými součást­mi fotovoltaických systémů jsou připojovací boxy, propojovací konektory a propojovací kabely (izolace), na jejichž uha­šení v prvopočátku většinou po­stačí přenosný hasicí přístroj ur­čený k hašení zařízení pod napě­tím (např. práškový nebo CO2), který musí být umístěn v každém novém rodinném domě; jednotky požární ochrany mají tyto věcné prostředky rovněž ve standard­ní výbavě.
 
Fotovoltaické panely jsou také charakteristické tím, že s rostoucí teplotou ztrácejí velmi progresiv­ně výkon. Při běžné teplotě požá­ru nemají již téměř žádný výkon. Navíc jsou fotovoltaické panely povinně vybaveny před vstupem DC do měniče (střídače) napětí pojistkovým odpojovačem. Fotovoltaické zařízení musí být i přesto na straně DC považováno vždy za činné, přestože je odpojeno od strany AC.
 
Ze současných statistik vyplývá, že v pra­xi vznikají spíše požáry fotovoltaických vý­roben elektřiny způsobené závadou v roz­váděčích nebo měničích napětí a vnějšími vlivy. Jde zejména o požáry ostrovních foto­voltaických systémů umístěných v přírodním prostředí, způsobené atmosférickými výboji anebo požáry okolních prostorů. Vzhledem k tomu, že fotovoltaické panely se pro do­sažení maximálního osvitu umísťují v polích vzdálených od sebe minimálně 3 m, lze pře­nesení požáru z hořící řady panelů na řadu panelů sousedních téměř vyloučit. Jestliže by nastal požár fotovoltaické výrobny elektřiny z důvodu vnějších vlivů, je vždy účelné brá­nit jeho rozšíření a požárem napadené panely nechat vyhořet. Pro hašení požárů pod napě­tím platí pro jednotky požární ochrany Me­todický list č. 14 kapitoly N Bojového řádu jednotek požární ochrany (rok 2001), kde je v odst. 15 písm. d) a e) stanoveno, za jakých podmínek může být tento zásah prováděn. Hašení pod napětím do 1 000 V je v součas­né době běžnou praxí.
 
Literatura:
[1] Zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon), ve znění pozdějších předpisů.
[2] Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elek­třiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů), ve znění pozdějších předpisů.
[3] Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisů.
[4] Vyhláška č. 501/2006 Sb., o obecných požadav­cích na využívání území, ve znění pozdějších předpisů.
[5] Vyhláška č. 503/2006 Sb., o podrobnější úpravě územního řízení a veřejnoprávní smlouvy.
[6] Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů.
[7] Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požární­ho dozoru (vyhláška o požární prevenci).
[8] Vyhláška č. 23/2008 Sb., o technických podmín­kách požární ochrany staveb.
[9] Nařízení vlády č.17/2003 Sb., kterým se stano­vují technické požadavky na elektrická zařízení nízkého napětí.
[10] ČSN 33 2000-7-712 Elektrické instalace budov – Část 7-712: Zařízení jednoúčelová a ve zvláštních objektech – Solární fotovoltaické (PV) napájecí systémy.
[11] ČSN EN 61215 Fotovoltaické (PV) moduly z krystalického křemíku pro pozemní použití – Posouzení způsobilosti konstrukce a schválení typu.
[12] ČSN IEC 755 Všeobecné požadavky pro prou­dové chrániče.
[13] ČSN EN 60439-1 ed. 2 + Z1 Rozváděče nn – Část 1: Typově zkoušené a částečně typově zkoušené rozváděče.
[14] ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem.
[15] ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty.
[16] Metodická pomůcka ministerstva pro místní rozvoj k umísťování, povolování a užívání fotovoltaických staveb a zařízení – listopad 2009.
[17] Metodické sdělení MMR – Fotovoltaická elektrárna. Odbor územního plánování, 22. 6. 2010.
 
Obr. 1. Složení fotovoltaického panelu
Obr. 2. Pohled na ohněm zničený fotovoltaický panel
Obr. 3. Požárem poškozený fotovoltaický panel