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Photovoltaik und Explosionen: Wie gelingt sicherer Explosionsschutz?
Photovoltaik braucht Sorgfalt beim Explosionsschutz, auch wenn Explosionen selten sind. Verhindern Sie ein unkontrollierbares thermisches Durchgehen der Lithium-Akkus, indem Sie die Sicherheitsnormen anwenden.
Photovoltaik: Wo liegt das Risiko für Explosionen?
Die Zellen oder Paneele selbst explodieren nur äußerst selten. Das Explosionsrisiko liegt bei Photovoltaik-Anlagen meist in den Stromspeichersystemen – und zwar gleich bei der Errichtung der PV-Anlage oder bei nachträglichen Änderungen.
Wie sicher sind Lithium-Ionen-Akkus?
Photovoltaik-Anlagen arbeiten mit Stromspeichern in Form von ortsfest aufgestellten Einheiten mit wiederaufladbaren Batterien. Wie alle Batterien wandeln diese Stromspeicher elektrische Energie in chemische Energie um – und umgekehrt. Die altbekannten Blei-Akkumulatoren, die sich etwa als Starterbatterien in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor finden, stellen in bestimmten Fällen ein geringeres Explosions- und Brandrisiko dar als Lithium-Ionen-Akkus. Aber Lithium-Ionen-Akkumulatoren bieten eine deutlich höhere Energiedichte im Verhältnis zur Gesamtmasse der Batterie. Daher spielen Blei-Akkus als Stromspeicher für PV-Anlagen kaum eine Rolle. Allerdings sind mit Batterien auf Lithiumbasis Gefahren verbunden.
Wie entsteht ein Thermal Runway?
Die Explosion eines Stromspeichers ist das Ende einer Entwicklung, die als „Thermal Runaway“ oder „thermisches Durchgehen“ bezeichnet wird. Das thermische Durchgehen wird ausgelöst, wenn der Normalzustand des Speichers gestört wird. Die Balance in der Umwandlung von chemischer und elektrischer Energie kommt ins Wanken und es entsteht ein sich selbst verstärkenden Prozess der Wärmeproduktion.
Ein Thermal Runway bzw thermisches Durchgehen kann ausgelöst werden durch:
- Beschädigungen des Speichers in Form von mechanischer Krafteinwirkung,
- defekte Zellen der Batterie,
- innere Defekte im Zusammenschluss der einzelnen Zellen,
- Überbelastungen beim Aufladen,
- Tiefentladung,
- übermäßige Hitzeeinwirkung auf die Batterie von außen.
Wie werden Li-Akkus intern geschützt?
Stromspeicherbatterien für Photovoltaik-Anlagen haben es mit weitaus größeren Energiemengen zu tun als Batterien des täglichen Gebrauchs, also auch mit einem weitaus größeren Brand- und Explosionsrisiko. Daher müssen sie erhöhte Anforderungen an die Betriebssicherheit befolgen. Ein integriertes Batteriemanagementsystem (BMS) muss kontinuierlich den Betriebszustand der Batterie überwachen. Das integrierte Batteriemanagementsystem
- überwacht die aktuelle Spannung auf Zellenebene,
- stellt einen Spannungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen her („Balancing“),
- bewirkt eine Temperaturkontrolle der einzelnen Module des Speichers,
- wirkt als Ladeschutzeinrichtung.
Welche technischen Normen sind anzuwenden?
Die OVE EN IEC 62619:2023-09-01 ist speziell auf nicht tragbare Li-Batterien anzuwenden. Sie beinhaltet auch eine Reihe von Prüfverfahren, die für den Nachweis der Betriebssicherheit durchzuführen sind. Die VDE-Vorschrift AR-E 2510-50:2017-05 stellt eine praxisnahe Übersicht über die Sicherheitsanforderungen und Standards bei Planung, Installation und Betrieb von Photovoltaik-Anlagen und Stromspeichern auf Basis von Li-Technologie dar.
Explosionen bei Photovoltaik: Wo liegt das Restrisiko?
Wie genauere Untersuchungen zeigen, liegt die Ursache für Explosionen an Photovoltaik-Anlagen vor allem in Manipulationen an den Batterien: Man will sie für andere Zwecke als ihre bestimmungsgemäße Verwendung nutzen. Explosionen können (seltener) auch auf mangelhafte oder unzureichende Prüfungen oder auf unzulängliche Materialien zurückgehen. Zugleich ist festzuhalten, dass Explosionsereignisse bei sachgemäßer Verwendung in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik äußerst selten vorkommen.
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