Rozwój OZE a ocena ryzyka technicznego – część 1

Obecnie energię elektryczną wytwarzamy ze źródeł konwencjonalnych, zwanych tradycyjnymi, którymi są: węgiel, gaz, ropa naftowa czy energia jądrowa oraz w mniejszym stopniu ze źródeł odnawialnych, takich jak: energia słoneczna, energia wiatru czy pływów morskich. Ciągły wzrost zapotrzebowania na energię powoduje jednak, że dotychczas najczęściej wykorzystywane źródła energii nie są już wystarczające  – dodatkowo są wysoko emisyjne i nieprzyjazne klimatowi. Tak więc, wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, czyli tych bazujących na surowcach naturalnych i niewyczerpywalnych  staje się  już koniecznością.

W Polsce wciąż najczęstsze jest pozyskiwanie energii ze źródeł konwencjonalnych, czyli z węgla. Niemniej jednak, moc odnawialnych źródeł energii w Polsce z każdym kolejnym rokiem wzrasta. Najwięcej energii odnawialnej generują instalacje wykorzystujące energię wiatru i słońca (około 91% udziału w obszarze OZE) –  a największy wzrost  w ostatnim czasie dotyczy fotowoltaiki  – bo z tychże 91% aż  54%.

„Fotowoltaika – techniczna ocena ryzyka”

Wraz z popularnością  instalacji fotowoltaicznych wrasta potencjał ubezpieczeniowy, w tym obszarze, a to w konsekwencji wymaga analizy ryzyka zagrożenia szkodowego, jakie niosą ze sobą tego typu instalacje w postaci elektrowni fotowoltaicznych.

Panele słoneczne – jak działa ta technologia…

Panele fotowoltaiczne zamieniają energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Foton pada na płytkę krzemową, z której zbudowane jest ogniwo fotowoltaiczne. Jednostka światła jest pochłaniana przez krzem i wybija elektron ze swojej pozycji zmuszając go do ruchu. Ten ruch to właśnie przepływ prądu elektrycznego. Wytworzony w instalacji fotowoltaicznej prąd stały przepływa przez inwerter (falownik) i zostaje przekształcony w prąd przemienny. Uzyskaną energię elektryczną można zużywać na bieżąco, magazynować albo sprzedawać – w zależności od rodzaju instalacji fotowoltaicznej.

Z uwagi na sposób oddawania energii elektrycznej, instalacje fotowoltaiczne możemy podzielić na:

• instalacja on-gird – instalacja połączona z siecią elektryczną, nadmiar wytworzonej energii trafia do sieci za pośrednictwem licznika dwukierunkowego;
• instalacja off-gird – czyli tak zwana instalacja wyspowa, nadmiar wytworzonej energii elektrycznej nie jest oddawany do sieci, a magazynowany np. w akumulatorach, skąd nadmiar energii w razie potrzeby jest pobierany przez inwerter;
• instalacja hybrydowa – alternatywą dla instalacji on-grid i off-grid, są instalacje hybrydowe, tzn. takie, które łączą w sobie oba wyżej opisane rozwiązania.  

Pozyskana z fotowoltaiki energia może być magazynowana w różny sposób:

• mechanicznie – elektrownie szczytowo-pompowe, magazyny sprężonego powietrza, itp.;
• elektrochemicznie – ładowalne baterie, akumulatory,
• chemicznie – tworzenie wodoru lub metanu, ogniwa paliwowe,
• elektrycznie – superkondensatory,
• termicznie – akumulacja ciepła.

Zagrożenia związane z użytkowaniem instalacji fotowoltaicznych

W Polsce nie są prowadzone statystyki przyczyn awarii instalacji fotowoltaicznych. Na podstawie dostępnych danych, główna przyczyna awarii wynika z przepięć, a w następnej kolejności wysoki wskaźnik wszystkich awarii stanowiły błędy konstrukcyjne i materiałowe.

Źródło: https://news.energysage.com/best-solar-panel-manufacturers-usa/

Jak wynika z danych statystycznych wskazanych w wykresie powyżej, najczęstsze przyczyny szkód to:

• przepięcia
• błędy konstrukcyjne / materiałowe
• obciążenia zmienne: śnieg, wiatr
• działanie gradu
• zwierzęta
• akty wandalizmu

Producent paneli – pierwszy czynnik wpływający na ocenę ryzyka…

Rynek producentów komponentów dla energetyki słonecznej jest rozproszony i dominują producenci z Azji. Należy zwrócić uwagę, że odwrotnie niż w przypadku energetyki wiatrowej, w energetyce słonecznej nie mamy jednego producenta finalnego, a są oni podzieleni przede wszystkim na producentów modułów PV, producentów inwerterów oraz firmy monterskie.
Istotną z punktu analizy ryzyka związanego z bezpieczeństwem/wadliwością samego  produktu jest informacja czy producent znajduje się w  rankingu Bloomberg Tier 1. Poniżej wymieniono producentów modułów słonecznych sklasyfikowanych jako producenci modułów Tier-1.  Informacyjnie, aby zakwalifikować się do rankingu Bloomberg Tier 1, producenci muszą spełnić następujące warunki:

• Producenci musieli zrealizować co najmniej 6 różnych projektów o mocy ponad 1,5 MW w ciągu ostatnich 2 lat,
• Projekty musiały być finansowane przez 6 różnych banków bez regresu (brak regresu oznacza wzięcie pełnej odpowiedzialności przez bank, bez możliwości przerzucenia odpowiedzialności na producenta),
• Producenci muszą być właścicielami marki oraz posiadać odpowiedni potencjał produkcyjny,
• Producentów ujętych w rankingu musi cechować stabilna sytuacja finansowa.

Źródło: https://news.energysage.com/best-solar-panel-manufacturers-usa/

Inne czynniki klasyfikujące ryzyko

Z uwagi na duży udział procentowy szkód instalacji fotowoltaicznych, których przyczynę stanowią zagrożenia naturalne: siła wiatru, gradobicia czy ciężar śniegu – badaniu inżyniera Ubezpieczyciela, oraz rekomendacji podlegają:

1. Wymagania w zakresie ochrony instalacji fotowoltaicznych przed przepięciami:
   1. ochrona przeciwprzepięciowa (m.in. IEC 61643/ EN 62305) dla instalacji PV na poziomie co najmniej klasy II.
   2. rekomendowany poziom ochrony IP65 dla inwerterów umieszczonych pod zadaszeniem i nie mniej niż IP67 dla umieszczonych bez zadaszenia.
2. Zastosowanie odpowiednich konstrukcji wsporczych oraz dobór paneli technicznych do sił występujących w danym obszarze:
   1. weryfikacja konstrukcji wsporczej inst. PV w zakresie obciążeniem zmiennym (śniegowe, wiatrowe) – powinna dotyczyć zapewnienia przygotowania dokumentacji projektowej. Istotnym elementem dokumentacji jest szczegółowy opis sposobu montażu do powierzchni dachu lub gruntu wraz z podaniem kąta nachylenia paneli fotowoltaicznych,
   2. moduły fotowoltaiczne powinny spełniać wymagania norm w zakresie testu uderzenia gradowych kul  o średnicy do 25 mm bez uszkodzeń (zgodnie z wymaganiami IEC 61215 (moduły monokrystaliczne) i IEC 61646 (moduły naziemne cienkowarstwowe).

Kolejnym zagrożeniem jest ryzyko pożaru. Montaż inwerterów na palnych ścianach / dachach stanowi  element, który może na każdym etapie eksploatacji instalacji PV przyczynić się do pożaru. Najczęstszą przyczyną pożarów instalacji fotowoltaicznych jest  niewłaściwe połączenia złączy. Główne przyczyny:

• niekompatybilność złączy,
• brak projektu lub niezgodnie z projektem,
• zastosowanie złączy od różnych producentów,
• niewłaściwy dobór złączy,
• zastosowanie złączy z rynku wtórnego.

Warta opracowała minimalne wymagania, które określają standardy zabezpieczeń ppoż. w tym obszarze:

• Falowniki powinny  być zainstalowane na niepalnej powierzchni lub płycie montażowej, Zapewniona wentylacja w celu ograniczenia nagrzewania urządzenia,
• Odległość pomiędzy inwerterami powinna być nie mniejsza niż 0,5 metra,
• Brak materiałów palnych  w odległości 2,5 m od inwertera,
• Należy uwzględnić właściwą klasę ochrony: a. Wewnątrz budynku minimalny stopień ochrony IP 20; b. Poza budynkiem minimum w IP 44,
• Rekomendowany poziom ochrony IP65 dla inwerterów umieszczonych pod zadaszeniem i nie mniej niż IP67 dla umieszczonych bez zadaszenia,

Jak wynika z powyższych rozważań, analiza zagrożeń związanych z eksploatacją elektrowni fotowoltaicznej wykazuje wiele aspektów, które mogą przyczynić się do wystąpienia szkody. Warto więc zapewnić szeroką ocenę ryzyka i wdrożenie rozwiązań redukujących prawdopodobieństwo ich wystąpienia.

Warta rekomenduje wdrożenie działań organizacyjnych, które zapewnią sprawne funkcjonowanie instalacji fotowoltaicznej, tj. regularną kontrolę systemu PV (łącznie z kontrolą termograficzną) raz w roku, ze szczególnym zwróceniem uwagi na:

• połączenia między ochroną odgromową a systemami PV,
• termograficzną kontrolę inwerterów, optymalizatorów i złącz,
• regularne przeglądy instalacji elektrycznej,
• przeglądy transformatorów wraz z badaniem stężeń rozpuszczonych gazów palnych w oleju.

Jeśli macie jakieś dodatkowe pytania, to zapraszam do kontaktu z Mariuszem Łaszkiewicz z Biura Oceny Ryzyka Technicznego: Mariusz.Laszkiewicz@warta.pl.