Γιατί οι φωτιές στα φωτοβολταϊκά ξεκινούν από τον DC

Γιατί οι φωτιές στα φωτοβολταϊκά ξεκινούν από τον πίνακα DC

Ας ξεκινήσουμε με κάτι που πρέπει να ειπωθεί καθαρά: τα φωτοβολταϊκά δεν είναι επικίνδυνα. Η μεγάλη γερμανική μελέτη των TÜV Rheinland και Fraunhofer ISE, που εξέτασε χιλιάδες περιστατικά, κατέληξε ότι σοβαρή ζημιά από φωτιά προκαλεί περίπου ένα στα 10.000 συστήματα. Είναι ένα ποσοστό μικρότερο από αυτό πολλών οικιακών συσκευών που έχουμε στο σπίτι χωρίς δεύτερη σκέψη.

Το ενδιαφέρον δεν είναι λοιπόν το «πόσο συχνά», αλλά το «πού». Γιατί όταν κοιτάξεις τα περιστατικά ένα προς ένα, βλέπεις ότι δεν κατανέμονται τυχαία σε όλη την εγκατάσταση. Συγκεντρώνονται με εντυπωσιακή συνέπεια σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι: την πλευρά συνεχούς ρεύματος (DC) τα καλώδια, τα βύσματα, τους διακόπτες και τον πίνακα DC.

Αν καταλάβεις γιατί συμβαίνει αυτό, καταλαβαίνεις και πού αξίζει να επενδύσεις σε προστασία.

Το DC δεν συγχωρεί όπως το AC

Η βασική διαφορά είναι φυσική, όχι ζήτημα ποιότητας υλικών.

Στο εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) της ΔΕΗ, η τάση περνάει από το μηδέν 100 φορές το δευτερόλεπτο. Κάθε φορά που το κάνει, ένα ηλεκτρικό τόξο που τυχόν έχει δημιουργηθεί σβήνει από μόνο του. Γι' αυτό ένας απλός αυτόματος διακόπτης καταφέρνει να κόψει το κύκλωμα χωρίς δράμα.

Στο συνεχές ρεύμα ενός φωτοβολταϊκού, αυτό δεν συμβαίνει ποτέ. Η τάση της συστοιχίας συχνά 400V, 600V ή και πάνω από 800V σε τριφασικά συστήματα παραμένει σταθερή όσο υπάρχει φως. Ένα τόξο που θα ανάψει σε μια κακή επαφή δεν έχει κανέναν λόγο να σβήσει. Τροφοδοτείται συνεχώς και μπορεί να καίει επί ώρα, με θερμοκρασία που ξεπερνά τους χιλίους βαθμούς, μέσα σε ένα πλαστικό κουτί, δίπλα σε μονώσεις καλωδίων.

Και το χειρότερο: δεν σταματάει αν κατεβάσεις τον γενικό. Ο διακόπτης του πίνακα κόβει την πλευρά AC. Τα πάνελ στη στέγη συνεχίζουν να παράγουν και το τόξο συνεχίζει να καίει, μέχρι να δύσει ο ήλιος ή μέχρι να καεί το ίδιο το καλώδιο.

Τι δείχνουν τα στατιστικά για τα σημεία εκκίνησης

Οι εθνικές καταγραφές πυρκαγιών σε φωτοβολταϊκά συμφωνούν μεταξύ τους σε μεγάλο βαθμό. Στην κορυφή της λίστας των σημείων όπου ξεκίνησε η φωτιά βρίσκονται σταθερά τα καλώδια και τα βύσματα DC. Ακολουθούν οι διακόπτες DC και ο κεντρικός ηλεκτρικός πίνακας, που μαζί ευθύνονται για περίπου το ένα πέμπτο των περιστατικών. Τα ίδια τα πάνελ και οι inverter εμφανίζονται αισθητά σπανιότερα.

Ακόμη πιο αποκαλυπτικό είναι το «γιατί». Στη γερμανική μελέτη, η μεγαλύτερη κατηγορία αιτιών γύρω στο 38% δεν ήταν ελαττωματικά προϊόντα, αλλά σφάλματα εγκατάστασης και μελέτης: βύσματα που δεν κούμπωσαν μέχρι τέρμα, ακροδέκτες πρεσαρισμένοι με λάθος εργαλείο, καλωδιώσεις χωρίς στήριξη, λανθασμένη επιλογή διακοπτικού υλικού.

Με άλλα λόγια, η φωτιά σε ένα φωτοβολταϊκό σπάνια είναι αστοχία τεχνολογίας. Είναι συνήθως μια κακή επαφή που κανείς δεν είδε ποτέ ξανά μετά την ημέρα της εγκατάστασης.

Γιατί ο πίνακας DC συγκεντρώνει τον κίνδυνο

Ο πίνακας DC το κουτί ανάμεσα στις συστοιχίες και τον inverter, με τις ασφάλειες string, τους απαγωγούς υπερτάσεων και τον διακόπτη φορτίου είναι το σημείο όπου συναντιούνται όλοι οι επιβαρυντικοί παράγοντες ταυτόχρονα:

• Συγκέντρωση συνδέσεων. Κάθε string καταλήγει εκεί. Δεκάδες σημεία σύσφιξης σε έναν χώρο λίγων λίτρων.
• Μόνιμη λειτουργία. Δεν υπάρχει «εκτός λειτουργίας». Το κύκλωμα δουλεύει κάθε μέρα που έχει ήλιο, δώδεκα μήνες τον χρόνο, για είκοσι πέντε χρόνια.
• Θερμική καταπόνηση. Οι πίνακες τοποθετούνται συχνά σε ταράτσες, σε εξωτερικό τοίχο ή σε σοφίτα. Το καλοκαίρι στην Ελλάδα η θερμοκρασία μέσα σε ένα κλειστό μεταλλικό ή πλαστικό κουτί στον ήλιο ξεπερνά εύκολα τους 60-70°C πριν καν περάσει ρεύμα.
• Θερμικοί κύκλοι. Κάθε μέρα το υλικό διαστέλλεται και συστέλλεται. Μια βίδα που σφίχτηκε «με το χέρι» και όχι με ροπόκλειδο, χαλαρώνει σταδιακά. Η αντίσταση επαφής ανεβαίνει, το σημείο θερμαίνεται, το υλικό οξειδώνεται, η αντίσταση ανεβαίνει κι άλλο. Είναι φαύλος κύκλος που τρέχει σιωπηλά επί μήνες.
• Κανείς δεν κοιτάει μέσα. Πόσοι ιδιοκτήτες έχουν ανοίξει τον πίνακα DC από την ημέρα που έγινε η εγκατάσταση;

Ο συνδυασμός «κλειστό κουτί + μόνιμη τάση + ζέστη + καμία επίβλεψη» είναι ακριβώς η συνταγή για μια φωτιά που θα ξεκινήσει και θα αναπτυχθεί ανενόχλητη.

Ο ανιχνευτής καπνού είναι ήδη αργά

Ένας πυρανιχνευτής στην οροφή θα χτυπήσει όταν ο καπνός βγει από τον πίνακα και φτάσει στην οροφή. Στο ενδιάμεσο διάστημα, το τόξο έχει ήδη λιώσει μονώσεις, έχει επεκταθεί σε γειτονικά καλώδια και έχει αναφλέξει το πλαστικό του κουτιού.

Το ίδιο ισχύει και για τις προστασίες που ήδη υπάρχουν στην εγκατάσταση:

• Οι ασφάλειες string προστατεύουν από υπερένταση, όχι από κακή επαφή. Ένα τόξο σειράς μειώνει το ρεύμα δεν το αυξάνει. Η ασφάλεια δεν θα πέσει ποτέ.
• Το AFCI του inverter (όπου υπάρχει) ανιχνεύει τόξα, αλλά συνήθως μόνο στα κυκλώματα που περνούν μέσα από αυτόν, και όχι πάντα αξιόπιστα σε μακριές καλωδιώσεις.
• Το BMS μιας μπαταρίας παρακολουθεί τις κυψέλες, όχι τους ακροδέκτες ισχύος και τις μπάρες σύνδεσης έξω από αυτές.

Γι' αυτό η προστασία που έχει νόημα είναι αυτή που βρίσκεται μέσα στο ίδιο το κουτί και δεν εξαρτάται από ρεύμα, από αισθητήρες ή από το αν κάποιος είναι σπίτι.

Οι μπαταρίες: το νέο κρίσιμο σημείο

Με τη ραγδαία εξάπλωση των συστημάτων αποθήκευσης, ο κατάλογος των ευαίσθητων σημείων μεγάλωσε. Σε μια συστοιχία LiFePO4, το ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης περνά από μπάρες, ακροδέκτες και έναν διακόπτη DC υψηλής έντασης. Μια χαλαρή σύνδεση εκεί παράγει θερμότητα ακριβώς δίπλα σε κυψέλες λιθίου.

Στις DIY κατασκευές 48V ο κίνδυνος είναι μεγαλύτερος, όχι επειδή οι κυψέλες είναι χειρότερες, αλλά επειδή η ποιότητα των συνδέσεων, η ροπή σύσφιξης, η διαστασιολόγηση των μπαρών και η ποιότητα του BMS ποικίλλουν δραματικά. Το ίδιο ισχύει και για τα φθηνά κουτιά χωρίς αερισμό.

Να είμαστε ακριβείς: καμία συσκευή δεν «σβήνει» μια μπαταρία λιθίου σε πλήρες thermal runaway. Το ζητούμενο είναι διαφορετικό και ρεαλιστικό — να κατασταλεί η φωτιά στη φάση που είναι ακόμη ηλεκτρική (καλώδιο, ακροδέκτης, BMS, πλαστικό), πριν μεταφερθεί αρκετή θερμότητα στις κυψέλες ώστε να ξεκινήσει η αλυσιδωτή αντίδραση. Εκεί κρίνεται αν θα αλλάξεις ένα καλώδιο ή θα χάσεις την αποθήκη.

Πρακτικός κατάλογος ελέγχου

Αν έχεις ή εγκαθιστάς φωτοβολταϊκό, αυτά τα έξι σημεία καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος του ρίσκου:

1. Βύσματα MC4 ίδιου κατασκευαστή, πρεσαρισμένα με τη σωστή πρέσα. Ποτέ ανάμιξη μαρκών — φαίνεται ότι κουμπώνει, αλλά η επαφή δεν είναι σωστή.
2. Σύσφιξη με ροπόκλειδο στις τιμές του κατασκευαστή, και επανέλεγχος μετά τον πρώτο χρόνο λειτουργίας.
3. Θερμογράφηση του πίνακα DC μια φορά τον χρόνο, σε ώρα αιχμής παραγωγής. Είναι ο μόνος τρόπος να δεις μια κακή επαφή πριν γίνει φωτιά.
4. Σωστή τοποθέτηση πίνακα: όχι σε άμεσο ηλιακό εγκλωβισμό, με επαρκή αερισμό και σωστό βαθμό προστασίας IP.
5. Στήριξη και προστασία καλωδίων DC από τρωκτικά, τριβή σε λαμαρίνες και υπεριώδη ακτινοβολία.
6. Αυτόματη συσκευή πυρόσβεσης μέσα στον πίνακα, ως τελευταία γραμμή άμυνας για ό,τι ξεφύγει από τα παραπάνω.

Η τελευταία γραμμή άμυνας

Οι αυτόματες συσκευές πυρόσβεσης αερολύματος καλύπτουν ακριβώς αυτό το κενό. Τοποθετούνται σε ράγα DIN μέσα στον πίνακα DC, στον AC πίνακα, στο περίβλημα του inverter ή στο ερμάριο της μπαταρίας, και ενεργοποιούνται αυτόνομα στους 170°C ή με την παρουσία φλόγας χωρίς τροφοδοσία, χωρίς καλωδίωση, χωρίς κεντρικό πίνακα πυρανίχνευσης.

Το αερόλυμα δρα χημικά, διακόπτοντας την αντίδραση καύσης, και είναι μη αγώγιμο και μη διαβρωτικό: δεν προσθέτει ζημιά στον εξοπλισμό, όπως θα έκανε το νερό ή η σκόνη ενός συμβατικού πυροσβεστήρα.

Το κόστος τους είναι ελάχιστο σε σχέση με την αξία μιας εγκατάστασης και ακόμη περισσότερο σε σχέση με την αξία του κτιρίου που την φιλοξενεί.

Συχνές ερωτήσεις

Είναι επικίνδυνα τα φωτοβολταϊκά; Στατιστικά όχι. Σοβαρή ζημιά από φωτιά καταγράφεται περίπου σε ένα στα 10.000 συστήματα. Ο κίνδυνος όμως δεν είναι ομοιόμορφος: συγκεντρώνεται στην πλευρά DC και συνδέεται κυρίως με σφάλματα εγκατάστασης.

Γιατί το τόξο DC είναι πιο επικίνδυνο από το AC; Επειδή η τάση του συνεχούς ρεύματος δεν μηδενίζεται ποτέ. Ένα τόξο που θα δημιουργηθεί συντηρείται μόνο του και δεν σβήνει, όσο τα πάνελ παράγουν.

Σταματάει η παραγωγή αν κατέβει ο γενικός διακόπτης; Όχι. Ο γενικός κόβει την πλευρά AC. Τα πάνελ και η καλωδίωση DC παραμένουν υπό τάση όσο υπάρχει φως, ακόμη και κατά τη διάρκεια πυρκαγιάς.

Πόσο συχνά πρέπει να ελέγχεται ο πίνακας DC; Καλή πρακτική είναι οπτικός έλεγχος και θερμογράφηση μία φορά τον χρόνο, καθώς και επανέλεγχος σύσφιξης μετά τον πρώτο χρόνο λειτουργίας.

Πηγές δεδομένων: μελέτη TÜV Rheinland & Fraunhofer ISE για τους κινδύνους πυρκαγιάς σε φωτοβολταϊκά συστήματα· εθνικές στατιστικές καταγραφές περιστατικών πυρκαγιάς σε Φ/Β εγκαταστάσεις.