Die Energiewende mit der Nachfrage an regenerativen Quellen schreitet immer weiter voran. Insbesondere wird die Nutzung der Sonneneinstrahlung über Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) auf Dächern oder eigene Balkonkraftwerke für die eigene Stromgewinnung und die Kosteneinsparung beliebter.
Allein im Frühjahr 2024 bestanden bereits rund 3,4 Millionen Photovoltaikanlagen auf Dächern und Grundstücken in Deutschland (Statistisches Bundesamt, Destatis). Problematisch sind jedoch Brände an Photovoltaikanlagen, da diese sich meist nur schwer löschen lassen und weiterhin unter Spannung stehen können.
Photovoltaikanlagen
Photovoltaikanlagen bzw. PV-Anlagen sind häufig auf Dächern von Gebäuden oder auf Freiflächen installiert. Sie bestehen aus Solarmodulen, die Sonnenenergie aus dem Lichteinfall in elektrische Energie zur Erzeugung von Strom umwandeln. Über den Wechselrichter wird der Strom an den Stromspeicher und die Verbraucher weitergeleitet. Der erzeugte Strom kann für den Eigenverbrauch verwendet, zwischengespeichert oder in das öffentlichen Versorgungsnetz eingespeist werden. Photovoltaikanlagen bieten somit nachhaltige Energie. Sie ersetzen zunehmend die Stromerzeugung konventioneller Kraftwerke.
Studie zur Brandgefahr von Photovoltaikanlagen
Der TÜV Rheinland hat in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut über mehrere Jahre die Brandgefahr von Solaranlagen untersucht. Es zeigte sich, dass von Photovoltaikanlagen keine stärkere Brandgefahr ausgehe. Lediglich bei 0,006 % aller PV-Anlagen kam es zu Bränden mit nennenswerten Schäden. Diese Anteile lagen etwa gleichhoch wie bei Bränden von Elektroinstallationen in Haushalten. Die Ursachen für den Brand an Photovoltaikanlagen sind nach den Ergebnissen der Studie sehr unterschiedlich: So wurde etwa ein Drittel der Brände von den Photovoltaik-Komponenten selbst verursacht. Dabei kam es in den meisten Fällen zum Brennen mehrerer Module. Die Gefahr steigt, wenn die Solarmodule wie bei einer Verschmutzung mit der Zeit inaktiv werden und sich erhitzen können. Besondere Wetterereignisse wie Blitzschlag können die Gefahr eines Anlagenbrandes erhöhen. Des Weiteren können auch unsachgemäße Installationen, nicht geeignete Kabel, defekte Wechseltrichter, überalterte Kontakte, Verschmorungen an Steckverbindungen oder ein Lichtbogen (elektrische Gasentladung) dafür ursächlich sein.
Brandbekämpfung bei PV-Anlagen
Brände an PV-Anlagen lassen sich in den meisten Fällen nur unter großen Schwierigkeiten löschen, da sie in der Regel unkontrolliert abbrennen. Auch der durch das Sonnenlicht erzeugte Stromfluss kann bis zum Freischalter nur schwierig unterbrochen werden. Bei einem Ausbruch kann die Solaranlage lebensgefährliche Spannungen erzeugen, die auch die Löscharbeiten der Feuerwehr stark erschweren. Zudem kann die auf einem Dach installierte Photovoltaikanlage aufgrund ihrer Größe einen möglichen Zugang bei einem Brand behindern. Sie kann sogar durch den schmalen Raum zwischen den Modulen und dem Dach wie ein Kamin wirken, der viel Sauerstoff zuführt und den Brand beschleunigt. Ein weiteres Hindernis für die Brandbekämpfung ist häufig der nicht brennbare Aluminiumrahmen der Module. Dieser kann die Sicht auf den Brandherd als auch den Zugang für die Löscharbeiten erschweren.
Schadstoffe aus PV-Anlagen
Je nach den in den PV-Anlagen enthaltenen Materialien können im Brandfall auch Schadstoffe freigesetzt werden.
Freisetzen von Cadmium-Verbindungen
In Dünnschicht-Solarzellen wird Cadmium eingesetzt, da es eine kostengünstige Option gegenüber den häufiger verwendeten Silizium-Solarmodulen ist. Im Brandfall ist es möglich, dass sich aus dem Cadmium dann die giftige Cadmiumtellurid-Verbindung (CdTe) freisetzt. Diese ist gesundheitsschädlich, wenn sie über den Feinstaub eingeatmet wird. Cadmium ist in elektronischen Geräten in der EU inzwischen verboten. Für die Produzenten von Solarmodulen besteht jedoch weiterhin eine Ausnahmeregelung.
Freisetzung von Blei
An Photovoltaikanlagen können bei einem Brand die Lötstellen schmelzen. Hierbei können auch geringe Mengen an Blei freigegeben werden, die mit Ausbreitung in der Luft zumeist nicht mehr in gefährlicher Konzentration vorhanden sind.
Freisetzung von Polyethylen
Polyethylen und andere Giftstoffe können bei Brennen der Kabelisolierungen sich aus den Solarmodulen freisetzen, sofern sie diese Stoffe enthalten. Die Schadstofffreisetzung kann vermieden werden, wenn Solarkabel ohne diese Stoffe verwendet werden.
Freisetzen von Zyanidgasen und anderen Gasen
Bei einem Brand an der Unterseite der Photovoltaik Module und dem Dach entwickeln sich in der Regel sehr hohe Temperaturen. Bei diesen extremen Werten können sich gefährliche Zyanidgase bilden. Darüber hinaus können sich bei einem Brand auch andere Gase entwickeln. So können beispielsweise in den Solarmodulen enthaltene Fluorpolymere giftige Gase in Verbindung mit weiteren Brandgasen freisetzen.
Je nach den enthaltenen Stoffen in den PV-Anlagen sollte man mit der Freisetzung auch weiterer Schadstoffe rechnen.
Brandschutz – Photovoltaikanlagen
Brandschutzanforderungen an PV-Module
Für den Brandschutz müssen Solarmodule zumindest der Baustoffklasse „normalentflammbar“ entsprechen und die Klasse D/E nach EN 13501 erfüllen.
Abstandsvorschriften
Allgemein erfordert die Installation von Photovoltaikanlagen auf Reihenhäusern die Einhaltung bestimmter Mindestabstände für den Brandschutz. Diese sind zu den Grundstücksgrenzen und zu den Nachbargebäuden vorgeschrieben, um ausreichend Raum für Löscharbeiten zu gewährleisten und die Ausbreitung des Brands zu begrenzen. Oft genügt für Photovoltaikanlagen ein Abstand von 0,5 Metern zum Nachbarhaus. Jedoch kann dieser, je nach der gültigen Regelung eines Bundeslandes, anders ausfallen und auch größeren Abstand wie bis 1,25 m festlegen. Die Abstände für den Brandschutz werden nach Bundesland und der jeweiligen Bauverordnung geregelt oder sind aufgehoben worden. Zusätzlich gibt es allgemein weitere Regelungen zu Rauchabzugsanlagen, Schornsteinen und Abgasanlagen.
Die Abstandsvorschriften zum Brandschutz wurden beispielsweise bereits 2023 in Nordrhein-Westfalen stark gelockert. Seit 2024 regelt die neue Landesbauordnung NRW, dass Solaranlagen auf Dächern ohne Abstand zur Grenzwand errichtet werden dürfen. In den meisten Fällen müssen in NRW keine Abstände mehr zum Nachbarn wie beispielsweise für die Installation einer Photovoltaikanlage auf dem Dach eines Reihen- oder Doppelhauses eingehalten werden. Es ist auch nicht mehr erforderlich einen schriftlichen Antrag bei der Bauaufsichtsbehörde in NRW zu stellen. In den Bundesländern werden bei bestimmten Fällen für die Installation von PV-Anlagen auch Ausnahmegenehmigungen erteilt.
Sicherheit bei Elektroinstallation und Leitungsinstallation
Der Brandschutz beginnt bereits bei der Installation von PV-Anlagen.
Die DIN VDE 0100-712 thematisiert Photovoltaik-Stromversorgungssysteme (PV-Systeme) in Betriebsstätten, Räumen und Anlagen besonderer Art. Diese Norm definiert vier Schutzziele. Sie umfassen den Schutz gegen den elektrischen Schlag und thermische Einflüsse, die Brandgefahr, den Überspannungsschutz und den Schutz vor Überstrom. Damit enthält sie Vorgaben, insbesondere zur Vermeidung von Überlastströmen und Kurzschlüssen, der Notwendigkeit einer verstärkten Isolierung und thermische Wirkungen, die den Aufbau und den Betrieb einer Photovoltaikanlage betreffen. Die VDE-Richtlinie VDE-AR-E 2100-712 enthält spezielle Regelungen zu technischen Schutzmaßnahmen und Abschaltvorrichtungen, um die Gefahren bei der Löschung von Solaranlagen zu verringern. Neben diesen Normen werden allgemein für PV-Anlagen neben der Einhaltung elektrotechnischer Standards auch regelmäßige Sicherheitsprüfungen empfohlen.
Schutzmaßnahmen für Photovoltaikanlagen
Feuerwehrschalter – Notfallabschaltung
Der Einbau eines Feuerwehrschalters als spezielle Abschalteinrichtung ist für Gebäude mit PV-Anlage zu empfehlen. Diese Abschaltung wird allgemein wird nahe der Solarmodule und der Hauseinführung der Leitungen eingebaut. Die Feuerwehrschalter werden in die zu einem String gebündelten Solarmodule geschaltet, damit die Stromzufuhr oder auch mögliche Kurzschlüsse unterbrochen werden können.
Im Notfall, etwa bei einem Brand, schaltet die Feuerwehr die Stromversorgung des Gebäudes ab, wodurch auch der Feuerwehrschalter ausgelöst wird. Je nach System kann die Abschaltung automatisch erfolgen. Nicht nur bei Bränden besteht eine erhöhte Stromschlaggefahr, sondern auch bei Reinigungsarbeiten und Wartungen aufgrund von Kurzschlüssen. Der Feuerwehrschalter unterbricht im Brandfall den Stromfluss der Photovoltaikanlage und des gesamten Hauses und schützt so die Einsatzkräfte bei der Brandbekämpfung. Nach Wiederherstellung der Stromversorgung wird der Feuerwehrschalter wieder aktiviert.
Übersichtsplan und Hinweisschilder
Ein Übersichtsplan mit allen wesentlichen Hinweisen zu der PV-Anlage unterstützt die Einsatzkräfte der Feuerwehr und kann auf mögliche Gefahrenquellen hinweisen.
So ist es von wesentlichem Vorteil, über gut erkennbare Schilder auf die Anlage hinzuweisen, so dass die Einsatzkräfte bestens informiert sind und mit der nötigen Umsicht bei der Brandlöschung vorgehen. Vor allem bei der Brandbekämpfung von Innen bestehen die größten Gefahren. Beispielsweise können die spannungsführenden und angeschmorten Kabel der PV-Anlage mit dem Löschwasser oder die Einsatzkräfte selbst mit diesen gefährlichen Kabeln in Kontakt geraten.
PV-Warnschilder
Um es für die Feuerwehrleute eindeutig erkennbar zu machen, dass bspw. eine PV-Anlage auf dem Dach installiert ist, empfiehlt es sich ein Feuerwehrschild als PV-Warnschild für die Photovoltaikanlage am Gebäude anzubringen. Dieses Warnschild sollte an der Hausseite zur Hauptzufahrtsstraße angebracht sein, bei der die Einsatzkräfte bei einem Brand für die Löschung anrücken. Hiermit sind die Löschkräfte bereits gut über diese besondere Situation informiert und können besser geeignete Schutzmaßnahmen vorbereiten. Sofern die Photovoltaikanlage über eine Abschaltung für den Brandfall verfügt, sollte auch auf die Position des Feuerwehrschalters hingewiesen werden.
Die Löschung von Bränden bei PV-Anlagen ist für die Einsatzkräfte allgemein schwierig und gefährlich. Beispielsweise müssen, je nach vorhandener Stromspannung, bestimmte Sicherheitsabstände einhalten werden, da die Photovoltaikanlage bei Lichteinfall weiterhin automatisch Strom erzeugt und unter Spannung steht, bis sie über den Feuerwehrschalter abgeschaltet wird.
Quellen:
Bildquelle Beitragsbild: 123rf.com © maxshot, Bild Nr. 203385388
www.baunetzwissen.de/solar/fachwissen/pv-module/duennschichtzellen-und–module-165794
www.baustoffwissen.de/baustoffklassen-brandverhalten-von-baustoffen-31102023
www.berlinerstadtwerke.de/faq-beitrag/ist-ein-feuerwehrschalter-dc-notschalter-zwingend-vorzusehen/
www.bsh-energie.de/ratgeber/brandgefahr-bei-photovoltaikanlagen
www.dgwz.de/normen/photovoltaik
www.dgwz.de/themen/bau-gebaeudetechnik/photovoltaik-anlagen-pv
www.de-brandschutz-informationsportal.tuvsud.com/artikel/Photovoltaikanlagen-Brandschutz.html
www.forum-verlag.com/fachwissen/elektrosicherheit-und-elektrotechnik/din-vde-0100-712/
www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/studien/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-deutschland.html#faq_faqitem_640681192-answer (PDF Dokument ab S. 80 hierzu)
www.pv-wissen.de/
www.solaranlage-ratgeber.de/wp-content/uploads/ratgeber-photovoltaik.pdf
www.de.wikipedia.org/wiki/Cadmiumtellurid
www.de.wikipedia.org/wiki/Brandfallabschaltung
www.de.wikipedia.org/wiki/Feuerwehrschalter
www.wohneigentum.nrw/beitrag/abstandsregelungen-solaranlagen-waermepumpen#c7926