Sécurité incendie et systèmes solaires électriques / photovoltaïques

de | 19 mai 2020

Avec de nombreux autres pays dans le monde, nous cherchons à augmenter la proportion d’énergie qui est obtenue à partir de sources «renouvelables», telles que celles qui exploitent l’énergie éolienne, la biomasse ou l’énergie solaire.

L’une des plus populaires, en particulier sur le marché intérieur, est la production d’électricité à partir de l’énergie solaire à l’aide de panneau solaire photovoltaïques et, encouragé par des incitations gouvernementales, le nombre de ces systèmes utilisés a rapidement augmenté ces dernières années.

Toutes les nouvelles technologies peuvent introduire de nouveaux risques et tous les nouveaux systèmes de gestion de l’énergie peuvent introduire de nouveaux risques d’incendie. Des preuves émergent en Europe et en Amérique du Nord du potentiel de risques d’incendie associés, directement ou indirectement, aux systèmes de production d’énergie renouvelable tels que le photovoltaïque et les éoliennes. Les incendies impliquant ces systèmes peuvent présenter des défis uniques pour les pompiers, les occupants des bâtiments et les assureurs.

Le but de cet article est de fournir un résumé des risques connus ou potentiels pour la sécurité liés aux incendies dus aux systèmes photovoltaïques (PV) ou les impliquant. Sont également expliquées les problèmes que les incendies dans de tels systèmes peuvent présenter en termes de lutte contre les incendies et l’impact sur les occupants du bâtiment.

Cet article est destiné à sensibiliser aux problèmes émergents et ainsi aider les services d’incendie et de secours, les assureurs, les planificateurs, les architectes, les concepteurs, les propriétaires de bâtiments et les évaluateurs des risques d’incendie, ainsi que les parties intéressées de l’industrie photovoltaïque; concepteurs, fabricants, installateurs et mainteneurs.

À l’heure actuelle, il n’y a aucune raison de croire que les risques d’incendie associés aux panneaux photovoltaïques sont plus importants que ceux associés aux autres équipements électriques. Néanmoins, ces systèmes sont désormais plus courants – récemment, le marché a connu une croissance rapide – il est donc important que les risques associés à de telles installations soient plus largement appréciés.

Contrairement à l’énergie utilisée par les équipements électriques conventionnels, l’énergie produite par les systèmes PV est CC (courant continu) et certaines parties des systèmes ne peuvent pas être coupées. Les installations à courant continu ont un courant continu, ce qui les rend plus dangereuses (volt pour volt) que les installations électriques à courant alternatif (courant alternatif) normales où la tension et le courant oscillent. Cela peut affecter différemment les muscles du corps humain; Le courant continu contractera continuellement les muscles affectés, ce qui rend difficile la rupture du contact avec les composants vivants; Le courant alternatif fournit une opportunité de libération lorsque le courant inverse sa direction.

Les incendies impliquant des technologies d’énergie renouvelable sont assez rares, mais des incidents impliquant des systèmes PV sont signalés. Bien que le nombre réel d’incendies impliquant des systèmes photovoltaïques ne soit pas connu, au cours des deux dernières années, BRE a été informé de huit incidents qui préoccupaient les services d’incendie et de sauvetage locaux.

Cet article ne traite que des risques d’incendie identifiés pendant le fonctionnement; il ne couvre pas les risques d’incendie qui peuvent être présents lors de l’installation du système PV bien qu’il puisse y avoir un certain chevauchement.

Les technologies des énergies renouvelables en général, et les systèmes photovoltaïques en particulier, se développent rapidement et des systèmes innovants sont continuellement introduits, donc cet article ne fournit qu’un «instantané» très bref et simplifié de la situation au moment de la rédaction.

Qu’est-ce qu’un système PV?

Les panneaux photovoltaïques (PV) (également appelés panneaux électriques solaires) convertissent l’énergie solaire en électricité. Les panneaux PV (ou modules comme on les appelle parfois) sont composés d’un certain nombre de cellules PV (ou cellules solaires) contenant un matériau photovoltaïque, et ceux-ci peuvent être dans une variété de formes et de tailles. Il existe actuellement un certain nombre de matériaux photovoltaïques et la technologie évolue rapidement. Pour les applications de construction, un certain nombre de panneaux photovoltaïques sont normalement connectés ensemble pour former un générateur photovoltaïque, et la plupart des panneaux sont actuellement installés sur des toits existants à l’aide d’une charpente externe. Cependant, il existe une variété de panneaux plus spécialisés conçus pour faire partie du revêtement du bâtiment, par exemple des panneaux intégrés de construction, des carreaux solaires et des composants de façade en verre sont disponibles. Ces produits sont collectivement appelés PV intégrés au bâtiment.

Les panneaux photovoltaïques génèrent de l’énergie électrique en convertissant le rayonnement solaire en électricité à courant continu (CC) en utilisant l’effet photovoltaïque dans les matériaux semi-conducteurs spécialisés. Les panneaux photovoltaïques fonctionneront, dans une certaine mesure, par tous les temps tant qu’il fait jour et peuvent donc générer de l’électricité par temps nuageux.

La puissance, qui est mesurée en watts (W), peut être utilisée sur site ou redirigée vers le réseau électrique. Les panneaux photovoltaïques sont classés en watts crête (Wp) et les panneaux en kilowatts crête (kWc). Un système domestique typique serait évalué à 2 – 4 kilowatts-crête (kWc), tandis que les systèmes commerciaux montés sur le toit peuvent aller de la taille domestique jusqu’à 1000 kWc pour les toits de très grande superficie. Les grands panneaux photovoltaïques au sol (fermes solaires) peuvent générer de nombreux mégawatts (MW), et les tailles augmentent tout le temps.

En général, une installation photovoltaïque montée sur le bâtiment comprend les éléments suivants:

Les panneaux photovoltaïques, fixés au toit du bâtiment ou intégrés au toit ou à la façade.
Câbles CC, connecteurs et boîtes de jonction qui transportent la puissance produite vers un onduleur. Parfois, les boîtes de jonction peuvent également contenir des fusibles, des diodes et des parasurtenseurs.
Un ou plusieurs onduleurs qui convertissent l’alimentation CC en CA. Ceux-ci sont souvent appelés «onduleurs de chaîne» ou «onduleurs centraux». La majorité des installations au Royaume-Uni utilisent des onduleurs de chaîne.
Les «micro-onduleurs» impliquent un onduleur, généralement monté sur le toit sous chaque panneau, ou un petit groupe de panneaux, ce qui réduit la longueur du câblage CC et évite les tensions CC élevées, qui sont une source potentielle d’arcs électriques. Le câblage restant sur le toit et jusqu’au tableau de distribution peut alors être un câble AC standard (qualité extérieure sur le toit). L’utilisation de micro-onduleurs gagne en popularité à mesure que de nouveaux systèmes arrivent sur le marché.
Un ou plusieurs interrupteurs d’isolement CC fournis pour isoler le générateur photovoltaïque de l’onduleur. Remarque: les interrupteurs d’isolement CC ne sont pas interchangeables avec les interrupteurs d’isolement CA.
Câbles CA qui transportent la sortie CA de l’onduleur vers l’alimentation électrique principale du bâtiment. Il y aura un compteur pour enregistrer l’énergie générée et un interrupteur d’isolement AC sur cette ligne.
Une connexion à l’alimentation CA principale via des dispositifs de protection appropriés, tels que des disjoncteurs et des détecteurs de courant résiduel (MCB et RCD).
Alternativement, pour les locaux ou installations hors réseau, l’alimentation CC peut être stockée dans des batteries et / ou convertie en une alimentation CA locale.
Normes et codes

Les installations photovoltaïques doivent être installées conformément aux directives nationales et toute directive spécifique émise par les fabricants. Il existe un certain nombre de normes auxquelles les produits photovoltaïques doivent se conformer qui comprennent (entre autres facteurs) des exigences qui traitent des risques d’incendie.

Problèmes de sécurité incendie

Toutes les installations électriques, de par leur nature, comportent un certain degré de risque d’incendie. Bien que les incendies causés par des panneaux photovoltaïques soient rares, tout incendie impliquant un bâtiment avec un générateur photovoltaïque peut présenter un risque accru pour les occupants et les pompiers.

Les panneaux photovoltaïques avec string ou onduleurs centraux impliquent du CC à des tensions élevées et il n’est normalement pas possible d’isoler complètement les circuits électriques CC entre le générateur PV et le commutateur d’isolement CC. De plus, les modules PV sont des dispositifs limiteurs de courant, ce qui signifie que les fusibles ne sont pas susceptibles de fonctionner dans des conditions de court-circuit, ce qui pourrait signifier qu’un défaut dans le système n’est pas détecté. Ce scénario peut présenter des risques d’incendie et / ou de choc électrique, bien que ceux-ci puissent être minimisés par une bonne conception du système, une sélection des produits et des pratiques d’installation.

Dans les incendies dont BRE a été informé de l’origine des incendies dans les systèmes photovoltaïques, ces incendies sont généralement dus à une mauvaise installation ou à l’utilisation d’équipements mal spécifiés, incorrects ou défectueux. Plus précisément, il a été signalé que des installations d’interrupteurs-sectionneurs CA étaient utilisées par erreur dans des circuits CC, entraînant une accumulation de chaleur dans l’enceinte de l’interrupteur et provoquant un incendie. D’autres incidents sont dus à l’utilisation d’onduleurs défectueux ou d’interrupteurs CC défectueux ou à l’absence de sectionneurs. Tout défaut de commutation ou de connexion du côté CC d’un système peut entraîner la génération d’un arc à haute température ou d’un défaut à haute résistance qui pourrait déclencher un incendie. Les arcs à courant continu peuvent être difficiles à éteindre et présenter un risque pour les pompiers qui tentent de supprimer l’incendie.

En cas de panne de l’alimentation AC d’un bâtiment (par exemple en raison d’une coupure de courant locale ou d’un incendie), les onduleurs sont conçus pour s’arrêter automatiquement. Cependant, l’alimentation CC solaire (des panneaux à l’isolateur CC) sera toujours active pendant la lumière du jour. Il peut donc être encore nécessaire d’isoler manuellement les câbles DC et les composants des panneaux photovoltaïques qui autrement resteraient sous tension.

Si un incendie endommage les câbles CC du générateur photovoltaïque, par exemple en brûlant l’isolation, il y aura un risque de choc électrique des conducteurs CC exposés, en particulier des pompiers.

Des panneaux mal installés peuvent gêner ou restreindre l’utilisation des fenêtres de toit comme moyen d’évacuation.

Des préoccupations ont été exprimées concernant la présence de métaux lourds dans certains types spécifiques de cellules photovoltaïques, et si ces métaux peuvent être ou sont libérés lors d’un incendie. Par conséquent, bien que ces risques soient considérés comme faibles, il faut faire preuve de prudence, comme pour tout incendie impliquant des éléments électroniques, dans la gestion des composants et des résidus endommagés par le feu, car une variété de métaux lourds et d’autres toxines peuvent être présentes.

De nombreux systèmes PV injectent de l’énergie dans le réseau électrique à des moments où elle n’est pas requise par le bâtiment. Les rapports indiquent maintenant que, lorsqu’un tel apport se produit à partir d’un certain nombre de sources distribuées, cela peut provoquer des fluctuations de tension dans le réseau. Les fluctuations sont connues pour avoir le potentiel de provoquer des incendies dans des équipements sensibles, tels que les téléviseurs

Problèmes de lutte contre l’incendie

Il n’existe actuellement aucune directive nationale britannique spécifique à la lutte contre les incendies impliquant des systèmes photovoltaïques. À bien des égards, les incendies impliquant du photovoltaïque sont peu différents de tout incendie impliquant de l’électricité sous tension, cependant, les systèmes PV présentent de nouveaux risques pour les pompiers:

Les pompiers peuvent ne pas reconnaître un système PV et peu savent à quoi s’attendre; il existe un grand nombre de types différents de systèmes PV disponibles et, dans les bâtiments commerciaux, ils peuvent être cachés sur des toits plats. Le nouveau guide d’installation MCS [réf. 5] exige qu’une étiquette de pompier soit apposée dans un endroit bien en vue près du point d’arrêt électrique.
Les pompiers ne sont pas habitués à gérer le courant continu dans les bâtiments, bien qu’ils aient une expérience considérable dans le traitement de l’électricité des véhicules (qui sont des courants continus). Il existe des tensions CC potentiellement très élevées (jusqu’à 1 000 volts CC dans les grandes installations) qui sont plus dangereuses que les voitures électriques et les installations électriques normales (CA).
Certaines parties du système sont toujours sous tension tandis que la lumière tombe sur les panneaux (l’éclairage artificiel peut générer de petits courants). À moins que des micro-onduleurs ou des dispositifs de sécurité contrôlés à distance ne soient utilisés au niveau du panneau, il est uniquement possible de couper le système CA du bâtiment, pas l’alimentation de l’isolateur CC.
Il est rapporté que les pompiers aux États-Unis utilisent des housses portables pour les panneaux photovoltaïques afin de couper l’alimentation en lumière et ainsi empêcher la production d’électricité par les panneaux. Les tissus lourds et densément tissés et les films plastiques sombres peuvent être efficaces pour réduire la puissance à près de zéro, mais il faut veiller à ce qu’aucune lumière ne puisse passer à travers la housse
Si la structure est en métal ou en acier, un court-circuit accidentel peut entraîner la «vie» de parties du bâtiment.
Il existe un risque de choc électrique si les câbles sont coupés ou endommagés par le feu. Cela comprend les câbles provenant des bancs de batteries où ils sont utilisés pour stocker l’électricité produite.
Si le toit du bâtiment est affecté par un incendie, la charge mécanique supplémentaire due au poids des panneaux photovoltaïques ou la charge de vent supplémentaire causée par les panneaux peut provoquer un effondrement précoce du toit.
Il est également possible que les réseaux qui sont éloignés du toit puissent provoquer un effet de canalisation, exacerbant ainsi un incendie affectant le toit.
Il existe un risque que les panneaux ou le verre des panneaux puissent se briser et tomber sur le personnel en dessous.
Les panneaux peuvent devenir chauds (du soleil) avec un risque (mineur) de brûlures.

Conclusions

À l’heure actuelle, il n’y a aucune raison de croire que les risques d’incendie associés aux PV sont plus importants que ceux associés à tout autre équipement électrique. Mais, comme pour tout équipement électrique, il est important que ces systèmes soient correctement conçus, composés de composants correctement testés, installés de manière compétente et entretenus régulièrement.

Pour les services d’incendie et de sauvetage, il est nécessaire de formuler des directives opérationnelles appropriées et solides. Reconnaissant la nécessité pour l’industrie photovoltaïque de travailler avec les services britanniques d’incendie et de sauvetage pour développer de meilleures orientations, le 1er mai 2013, MCS (administré par Gemserv pour le compte du ministère de l’Énergie et du Changement climatique (DECC)) a organisé un atelier avec des représentants d’un certain nombre de services d’incendie et de sauvetage et d’enquêteurs privés spécialisés dans les incendies et la sécurité incendie et les installations solaires photovoltaïques (PV) . Il est prévu que les résultats de cet atelier constitueront une contribution à la prochaine génération d’orientations.

Il est prévu que cet article sensibilisera aux problèmes émergents et, sans causer de préoccupations indues, mettra les risques en perspective en fournissant des informations utiles pour aider à éviter ou à minimiser la probabilité d’un incident, ou en cas d’incident, les informations présentés ici peuvent contribuer à une gestion rapide et efficace de la situation.

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