Ihrem Anbieter für PV-Sicherheitssysteme

1. Ihrem Anbieter für PV-Sicherheitssysteme

2. Guten Tag! Wir möchten Ihnen im folgenden unsere PV-Sicherheitsbox BFA zum Personenschutz und vorbeugendem Brandschutz vorstellen. Die Ideal-Lösung für das allseits bekannte Feuerwehrproblem bei Photovoltaikanlagen, wenn‘s mal brennt. … lassen Sie sich überraschen… Zwischenfragen sind grundsätzlich erwünscht.

3. Solarzellen Solarzellen bestehen aus hochreinem Silizium und arbeiten nach dem photoelektrischen Prinzip: Sie wandeln Lichtenergie in elektrische Energie um.

4. Einfach gesagt: Wenn Licht auf die Zelle fällt wird durch Ladungsverschiebung Spannung erzeugt. … und das, solange eine geringe Menge an Licht vorhanden ist …

5. Eine PV-Anlage ist ein richtiger Generator ! Die Gefahr: Hohe Spannungen und unbekannte Leitungsführungen

6. Welche Spannungen existieren in einer Photovoltaik-Anlage ? • - Ein Solarmodul erzeugt bis zu ca. 40 V • Eine Anlage besteht aus mehreren Strings • - jeder String aus einer Reihenschaltung von bis zu 25 Modulen • Somit werden in einem String zwischen 600 und 1.000 Volt erzeugt • Es sollte also von der maximalen Spannung (1.000 Volt), • selbst in der kleinsten Anlage, ausgegangen werden ! 40 Volt 1.000 Volt

7. Ab wann werden Spannung und Strom produziert ? Eigenschaft von Solarzellen: Die Schleusenspannung = Wert, ab der volle Spannung anliegt Selbst unter geringem Lichteinfall wird eine gefährlich hohe Spannung produziert ! Strom abhängig von der Lichtmenge - Spannung immer auf dem Nennwert (= 40V) Es können Mondschein oder Scheinwerfer auf einen einzelnen String gerichtet genügen !! Nicht nur die ganze Anlage, sondern bereits ein einzelner String produziert die volle Spannung! Bericht aus den Medien: „Erst kürzlich wurde im Fernsehen von einem Fall berichtet, da hatte man die Stromzuführung des Hauses abgeschaltet und wunderte sich, daß die PV-Anlage unter Spannung stand, ein löschender Feuerwehrmann erlitt einen Stromschlag und musste sofort ins Krankenhaus gebracht werden. Das ganze geschah nachts. Später stellte sich heraus, daß die Feuerwehr mit eigenen Leuchtmitteln das Haus angeleuchtet hat. Diese Lichtquelle hatte ausgereicht, daß die PV- Anlage genügend Gleichstrom produzierte, um eine Gefahrenquelle darzustellen. Die Feuerwehr ließ daraufhin das Haus kontrolliert abbrennen.“ Hierzu eine Meßwertaufnahme:

8. Sobald eine geringe, ausreichende Lichtmenge (hier 2-3 % Lichtleistung) auf das Modul fällt, ist schon gleich die volle Spannung da! Wenig Leistung, aber volle Spannung !

9. Achtung ! Bereits bei Vollmond produzieren PV-Anlagen die VOLLE SPANNUNG !

10. Natürliche lange nicht die volle Leistung, wie bei Tageslicht, aber die gleiche hohe Spannung ! …aber wieviel Leistung produziert die Anlage bei Vollmond ? -> undefinierbar ! Aber die hohe Spannung könnte schon ausreichen !

11. Genügen Scheinwerfer, um Spannung zu produzieren ?

12. Genügen Scheinwerfer, um Spannung zu produzieren ? JA !

13. Genügen Scheinwerfer, um Spannung zu produzieren ? JA ! Es müssen mehr als 4 Solarmodule (á 36 V) angestrahlt werden, um die Schutzkleinspannung von 120V zu überschreiten.

14. Aufbau einer PV-Anlage

15. 0 V 0 V 1.000 V Beleuchtung eines einzelnen Strings

16. Stringplan - Beispiel Aber Achtung: Ein String ist selten in einer Reihe angeordnet ! Jeder String ist eine eigene Spannungsquelle !

17. Stringplan - Beispiel Nur diese beiden Strings erzeugen jeweils bis zu 1.000 Volt ! Die übrigen 0 V.

18. Stringplan – Beispiel 2 – Flughafen Leipzig

19. Fazit: -> Es wird bereits ab geringen Helligkeiten Spannung produziert ! Scheinwerfer und Vollmond genügen völlig, um eine Spannung von bis zu 1.000 Volt zu erzeugen, mit grosser Wahrscheinlichkeit jedoch über 120 Volt! -> Es muss bei jeder Anlage von der maximal möglichen Spannung ausgegangen werden = 1.000 Volt

20. Wie sehen die Gefahren aus ? • Elektrischer Schlag • Verbrennungen • Erneute Brandgefahr durch Lichtbögen • Eine Eindeutigkeit gibt es nicht, das Risiko ist von vielen Faktoren abhängig: • Momentane Lichtleistung (=Höhe des Stromes, Lebensgefahr ab 12mA) • Eintritts- und Austrittsstelle am Körper • Flußweg des Stromes • Ein Stromschlag MUSS nicht unbedingt gleich zum Tode führen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit werden allerdings massive Schäden die Folge sein. • Fakt ist: Es besteht ein Risiko !

21. Wie gefährlich ist das Ganze wirklich? • Einige Kritiker meinen, das Problem wird zu sehr künstlich hochgespielt. Wenn er jedoch die Gefahren realistisch sehen würde, und selbst mit dem C-Rohr vor einer Fläche mit Solarmodulen stehen würde, könnte seine Einstellung anders aussehen … • „Feuerwehr läßt Gebäude kontrolliert abbrennen“ • Grundsätzlich wird die Feuerwehr nichts unversucht lassen, um zunächst Menschenleben und dann Sachwerte zu retten. Doch der Eigenschutz der Einsatzkräfte hat Priorität! Der Einsatzleiter vor Ort entscheidet letztlich darüber, welche Maßnahmen ergriffen oder auch unterlassen werden. Sachwerte sind ersetzbar, Menschenleben nicht. Die erlassenen Feuerwehrdienstvorschriften geben dem Einsatzleiter eine Handlungsanleitung, wie bei Löscharbeiten an stromführenden Teilen vorzugehen ist. Doch kein Einsatz ist gleich und kein Brand verläuft nach Vorschrift und Norm. Für den normalen Strom aus dem öffentlichen Netz kann die Feuerwehr den Strom im Idealfall an der Hausverteilung selber abschalten und verständigt den Energieversorger, der den Strom ggf. an anderer Stelle abschaltet. Doch für das eigene kleine Kraftwerk auf dem Dach ist der Energieversorger nicht zuständig! Im Brandfall bleibt eine Solaranlage nach konventioneller Installationsart einschließlich Zuleitungen bis in den Keller vollständig unter Strom. • Wir möchten das Risiko nicht künstlich hochspielen, jedoch im Folgenden auf die möglichen Risiken hinweisen.

22. Als Schutzkleinspannung wird bei Gleichstrom eine Spannung von 120V definiert (früher 42V), ab der bei Körperkontakt Lebensgefahr besteht. Es können gefährliche Körperdurchströmungen erfolgen. • Gefahr bei AC-Spannungen: - Herzflattern (mit 50Hz !) • - Muskelverkrampfungen • - Irreparable Schäden an allen inneren Organen • - verbleibende Herzrythmusstörungen • Gefahr bei DC-Spannungen: - Muskelverkrampfungen • - Elektrolytische Zersetzungen • - Irreparable Schäden an allen durchströmten Organen • - Verbrennungen, innerlich und äußerlich • - verbleibende Herzrythmusstörungen • Hier eine grafische Verdeutlichung …

23. Das ist Freddy

24. Freddy bekommt einen elektrischen Schlag Das kann auch über das Löschwasser erfolgen (Keine Sorge, Freddy ist nur ein Dummy …) Um einen elektrischen Schlag zu bekommen, muss der Stromkreis geschlossen werden. Der Stromkreis wird geschlossen durch „Kurzschluss“ zwischen Kontaktstelle (Modul, defektes Kabel, Steckverbinder…) und Erde

25. Hier einige Beispiele von MÖGLICHEN Risiken: Strom dringt an der Hand ein und tritt an der Schulter wieder aus. Hier hat Freddy Glück gehabt, es kommt „nur“ zu Verbrennungen an den Ein- und Austrittsstellen. Aber: Der Weg des Stromes kann nicht vorhergesehen werden !

26. In diesem Worst-Case-Beispiel fließt der Strom durch den ganzen Körper und tritt unten aus: • Dabei werden das Herz und sämtliche inneren Organe durchströmt. • Möglich sind: • Äussere und Innere • Verbrennungen • Elektrolyse im Blut • Herzschäden • Bei weiteren Fragen, fragen Sie Ihren Arzt oder Apotheker … • Dabei wird das Herz und sämtliche inneren Organe durchströmt. • Es mag sich nun jeder selbst ausdenken, wie Freddy sich im Augenblick fühlen mag… • Dies ist auch der Weg des Stromes, wenn Freddy auf ein Kabel tritt. • Auch Gummistiefel sind keine 100% Sicherheit. Es wird mit viel Wasser gearbeitet, das auch auf der Oberfläche der Stiefel entlang läuft. … ein kurzer Augenblick genügt!

27. Fazit: • > Jeglichen Kontakt mit Spannung vermeiden • > Die Sicherheit der Einsatzkräfte muss im Vordergrund stehen • Egal ob tödlich oder nicht – Ein Schaden ist sehr wahrscheinlich! • Alle Risiken müssen nach Möglichkeit eliminiert werden ! • Es ist dann auch egal, ob man von 400V oder 1.000V einen Stromschlag bekommt. Frage wäre dann ggf.: ist man dann „tot“ oder „toter“ ?

28. Komponenten einer Photovoltaik-Anlage Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren bzw. vielen Solarmodulen, die in Reihe (String) und dann parallel geschaltet werden. Sie besteht aus - Anzahl Solarmodule - Solarkabel 2,5…6mm² - GAK (Generator-Anschlusskasten auf oder unter dem Dach) - Wechselrichter mit DC-Schalter Achtung: Die Höhe der Spannung ist nicht proportional zur Anzahl der Module !

29. Beispiele der drei Hauptgefahren: Haus brennt, Feuerwehr fängt umgehend an zu löschen -> Gefahr des elektrischen Schlages bei Wasserkontakt an Solarmodul, defektem Kabel oder Stecker. (Es liegen im ganzen System 1.000 Volt an!) -> Gefahr des elektrischen Schlages durch blanke Solarkabel auf dem Dach oder innerhalb des Gebäudes (unbekannte Leitungsführung!). Auch sind Anschluss- oder Klemmkästen eine Gefahr. -> Gefahr durch Lichtbögen: Das Feuer hat die Ummantelung der Kabel an verschiedenen Stellen verbrannt. Die blanken Kupferleitungen liegen i.d.R. so nah beieinander, dass sich Lichtbögen bilden können. Wenn nun ein Feuerwehrmann in die Nähe eines Lichtbogens gerät, kann er schwere Verbrennungen erleiden. Gefahr von neuen Brandherden durch Lichtbögen !

30. Hochwasser Viele Wechselrichter befinden sich im Keller. Keine Möglichkeit, den DC-Schalter abzuschalten, was sowieso keinen Sinn macht, da die Gleichstromleitung bis zum Wechselrichter immer noch volle Spannung führt. Die Gleichstromleitung kann unter Wasser stehen, ein Lichtbogen bildet sich. Auch dies kann Gefahr für die Feuerwehr sein, wenn die Retter dem Lichtbogen zu nahe kommen. Bei 230V würde lediglich eine Sicherung rausspringen …

31. Gefahr durch DC-Lichtbogen Ein Lichtbogen kann durch Kontaktfehler an jeder beliebigen Anschlussklemme entstehen, z.B. an den Modulen oder am Wechselrichter oder durch Berührung von zwei angeschmorten Kabeln im Brandfall. Gefahren: a) Elektrischer Schlag b) Verbrennungen c) neue Brandherde Ein DC-Lichtbogen ist nicht ohne weiteres löschbar, auch durch einen Wasserstrahl nicht, kann aber zu starken Verbrennungen und zum elektrischem Schlag führen. Erst durch die vollständige Abschaltung der Energiequelle läßt sich der Lichtbogen löschen. DC-Lichtbogen mit 600W

32. Bisherige Möglichkeiten der „Abschaltung“: DC-Schalter am Wechselrichter abschalten SMA Modell Delta Freischalter ABB

33. Spannungsbetrachtung im Normalbetrieb

34. Es hat sich nichts geändert ! • Nachteile: • Das „Abschalten“ mittels DC-Schalter am Wechselrichter ist eigentlich kein richtiges Abschalten. Es trennt lediglich den Wechselrichter von der Solaranlage. • Die volle Spannung liegt bis zur Trennstelle (Wechselrichter) weiterhin an !

35. Fazit: • Eine Abschaltung durch den DC-Schalter am Wechselrichter • bewirkt keine Abschaltung der Solarspannung ! • Die Spannung liegt bis zum Wechselrichter immer noch voll an ! • Unbekannte Leitungsführung

36. Möglichkeit 2 : Abschaltung am Generator-Anschlusskasten bzw. am String Fa. Enwi Fa. Eaton

37. Nachteile: - Innerhalb des Strings stehen die Spannungen weiterhin in voller Höhe an - Ist der GAK im Brandfall erreichbar ? - Zeitverlust

38. Fazit: • löst das Problem nicht zu 100% • Auf dem Dach liegt die Spannung noch immer voll an !

39. Weitere Lösungsversuche: Solarkabel auf dem Dach durchtrennen Ein Solarkabel sollte NIEMALS im Betrieb aufgetrennt werden – Lichtbogengefahr ! Ein Durchtrennen des Solarkabels, eines Stranges oder einer Solarzelle führt zu den gefährlichen Lichtbögen. Ein Solarkreis sollte nur an vorgesehen Trennstellen getrennt werden, auch im Gefahrenzustand. Es stehen an jedem Punkt der Solaranlage weiterhin die vollen 1.000V an!  kommt nicht in Frage

40. Weitere Lösungsversuche: • Solarkabel auf dem Dach durchtrennen • Ein Solarkabel sollte NIEMALS im Betrieb aufgetrennt werden – Lichtbogengefahr ! • Ein Durchtrennen des Solarkabels, eines Stranges oder einer Solarzelle führt zu den gefährlichen Lichtbögen. • Ein Solarkreis sollte nur an vorgesehen Trennstellen getrennt werden, auch im Gefahrenzustand. • Es stehen an jedem Punkt der Solaranlage weiterhin die vollen 1.000V an! •  kommt nicht in Frage • „Jedes Solarmodul zerschlagen“ • Eine theoretische Lösung kann sein (ist jedenfalls im Umlauf), JEDES Modul zu zerschlagen. • Es muss aber jedes Modul und VOLLSTÄNDIG zerschlagen werden, so dass auch die internen Stromkreise jedes Moduls sicher getrennt werden, meist sind es drei interne Strings. In der Realität nahezu unwahrscheinlich. • Wie lange soll das dauern ? • Keine Lösung !

41. Schaum aufbringen • - Schaum könnte bei vorhandenen Dachneigungen rutschen –> unsicher • - Wie lange hält der Schaum ? Dauerhafte Gewähr ? • - Bevorratung bei der Feuerwehr schwierig, da Haltbarkeitsdatum vorhanden • - Muss im Einsatzfall organisiert werden, da die Behälter nicht an jeder Dienstelle immer vorhanden sind, vor allem in ausreichender Menge • Aufbringung sehr zeitaufwändig • und verhindert die Spannungserzeugung nur unwesentlich •  keine wirklich zufriedenstellende Lösung! • Abdecken mit Folien • - Folie muss organisiert werden • - Aufbringung sehr zeitaufwändig • - Leichte Windwehe – Folie weg – Spannung wieder da -> keine wirkliche Sicherheit ! •  keine Lösung!

42. Fazit: Keiner der bisherigen Lösungsansätze sind wirklich zufriedenstellend und bieten eine 100%ige Lösung! Alle diese Maßnahmen nehmen außerdem Zeit in Anspruch. Zeit, die eigentlich im Brandfall nicht da ist …

43. Was sind die Anforderungen an eine Ideal-Lösung • zur Abschaltung einer PV-Anlage? • 1. Komplette, sichere und dauerhafte Abschaltung der Solarspannung • 2. … an jedem Punkt der Anlage 0 Volt • 3. … möglichst ohne Zerstörung der Solarmodule • 4. … sichere Erhaltung des abgeschalteten Zustandes (auch bei Netzausfall) • 5. … und das möglichst schnell und vollautomatisch im Brandfall • Eventuell entstandene DC-Lichtbögen sollten gelöscht werden können • (Mit einem Wasserstrahl ist ein DC-Lichtbogen (= Plasmastrahl) nicht zu löschen) • 7. Entstehende DC-Lichtbogen im Normalbetrieb sollten automatisch gelöscht werden können • = vorbeugender Brandschutz • Der Feuerwehrmann sollte beim Eintreffen sofort mit den Löscharbeiten beginnen können • Praktisch wäre eine einfache Wieder-Einschaltung des Systems • Eigensicherheit (Ausfall einer Systemkomponente führt zur sicheren Abschaltung) • Im Normalbetrieb kein Einfluss auf das PV-System • Kein Ertragsverlust • Das wäre das perfekte Sicherheitssystem ! • … denn im Brandfall zählt jede Sekunde! … und hier kommt die Lösung:

44. BFA-Box Die neue von Die Sicherheits- BrandFallAbschaltung Eine Sicherheits-Box pro Modul und eine Zentrale, die gleichzeitig der Not-Handmelder ist … das ist alles ! (Patent beantragt)

45. Funktionsweise SolteQ-BFA (BrandFall-Abschaltung) • Das SolteQ-BFA-System (BrandFallAbschaltung) bietet gleich mehrfache Sicherheit und schaltet jedes einzelne Solarmodul binnen 50 Millisekunden kurz, wenn: • ein Alarm-Signal von einer Brandmeldezentrale oder einem Rauchmelder kommt • die Gebäude-Stromversorgung abgeschaltet wird • manuell der Not-Knopf am Handmelder gedrückt wird • Handmelder nicht erreichbar -> Durchtrennen des Datenkabels mittels Messer oder Axt vom Dach aus • Beschädigung des Datenkabels durch Brand • einer der Systemkomponenten ausfällt, wie Zentrale/Handmelder, • Netzteil (Eigensicherheit) • … und der Feuerwehrmann braucht sich beim Eintreffen • keine Gedanken zu machen und kann sofort mit • seinen Löscharbeiten beginnen… …Wasser marsch !

46. Spannungsbetrachtung der Gesamtanlage

47. Die „Abschaltung“ erfolgt durch durch sanftes Kurzschliessen – keine Lichtbögen – keine hohen Ströme am Kontakt – dadurch sehr langlebig ! Jedes einzelne Modul durch jeweils eine eigene BFA-Box kurzgeschlossen und somit stillgelegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Spannung gleich an der Quelle „erstickt“ wird.

48. Spannungsbetrachtung der Gesamtanlage im abgeschalteten bzw. kurzgeschlossenen Zustand

49. Sonstige Funktionen und Eigenschaften Absolut keinen Einfluss auf das Solarsystem und den Ertrag, da im Normalbetrieb lediglich ein offener Kontakt an den Modulklemmen anliegt. Einfache Wieder-Entriegelung bzw. Hochfahren der Anlage der gesamten Anlage erfolgt einfach mittels des Schlüssels der Handmelder-Zentrale Wartungsfunktion: Für Wartungszwecke kann die gesamte Anlage oder auch einzelne Stränge heruntergefahren werden. Das Herunterfahren der Anlage geht einfach per Knopfdruck oder durch Drehen des Schlüssels auf „Test“-Position am Handmelder. Einzel-Stringabschaltung erfolgt durch Ziehen des Datensteckers am entsprechenden Strang. So kann ein einzelner String während des normalen Betriebes abgeschaltet werden. Nahezu Energieneutral: Jede BFA-Box hat einen Eigenverbrauch von nur <1,5 mA. Mit einem 2A Netzteil können über 1.300 BFA-Boxen betrieben werden. Eingebaute Strangdiode Strangdioden sind ein weiterer Sicherheitsmechanismus. Tritt in einem Strang eine Störung (Kurzschluss, oder Abschattung eines Moduls) auf oder wird nur ein einzelner Strang durch die BFA abgeschaltet (=kurzgeschlossen), können dank der Strangdiode die anderen Stränge weiterarbeiten. Die Diode verhindert, dass der Strom in die andere Richtung in den Strang fließt.

50. Für Wartungsarbeiten kann die Anlage vollständig abgeschaltet werden. Es können aber auch nur einzelne Strings abgeschaltet werden. Der abgeschaltete String bzw. die Module produzieren keine Spannung und keinen Strom. So können die Stecker ohne Lichtbogenbildung gefahrlos ab- und angesteckt werden.