Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

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