Präventive Beschränkungen für Photovoltaik und Batterien? Teil 1

MRiT beendet die Arbeit an Vorschriften, in denen ein „präventiver“ Verbot der Installation von Batterien in Wohnungen sowie Beschränkungen für Batterien in Häusern geprüft werden. Auch das Schicksal der Balkon-Solaranlagen steht auf dem Spiel. Was sagen Feuerwehrleute und Brandschutzexperten dazu? Wie gehen andere europäische Länder vor? Teil 1.

Inhaltsverzeichnis

Siehe auch den zweiten Teil dieser Analyse: Präventive Beschränkungen für Solaranlagen und Batterien? Teil 2

„Entwicklung bedeutet immer ein gewisses Risiko, aber auch einen großen Bedarf. Alles muss abgewogen werden“, hörte ich kürzlich von einem hochrangigen Offizier des Hauptquartiers der Staatsfeuerwehr. Ähnliche Worte fallen regelmäßig auch auf den internationalen Konferenzen „Sicherheit neuer Technologien“ des CNBOP (des staatlichen Feuerwehrinstituts), an denen ich seit Jahren teilnehme.

Die Frage ist, ob es bei der Arbeit an der Novellierung der Verordnung über die technischen Anforderungen an Gebäude (WT) gelungen ist, die Vorschriften so abzuwägen, dass sie die Entwicklung neuer Technologien nicht behindern und gleichzeitig deren sicheres Einsatz ermöglichen?

Die Meinungen sind hier selbst unter den Feuerwehrleuten geteilt. Ein Teil plädiert für eine präventive Einführung von teilweisen Verbotsmaßnahmen und strengeren Beschränkungen – auch wenn es nur um einige Jahre geht – während andere eine Einführung grundlegender Anforderungen (Sensoren, Abstände) sowie einen Fokus auf die Zertifizierung der Lageranlagen befürworten.

Experten für Brandbekämpfung und Elektroinstallationen fügen dazu noch Anforderungen bezüglich der Montage durch einen qualifizierten Elektriker sowie regelmäßiger Überprüfungen hinzu, denn Statistiken aus der Welt zeigen, dass das Risiko eines Brandausbruchs durch Elektroinstallationen um ein Vielfaches höher ist als durch die Solarmodule oder -zellen selbst.

Derzeit verursachen Elektroanlagen und -geräte in Polen 8 % der Brandausbrüche in Wohngebäuden. Zum Vergleich entstehen jedoch 48 % dieser Brände durch die Verwendung von Festbrennstoffen, hauptsächlich Kohle.

Die Zertifizierung von Akkus würde viele Bedenken der Feuerwehrleute ausräumen

Und genau dieses Risiko scheint der Hauptaspekt zu sein, um den sich die Aufmerksamkeit all unserer Gesprächspartner dreht – von der KG PSP über CNBOP, AP, SITP, Sachverständige, Branchenorganisationen bis hin zu den Herstellern. Laut den Feuerwehrleuten wäre ihre Einstellung zur notwendigen Sicherheit in Haushalten anders, wenn wir die Heimakkus in Polen zertifizieren würden, anstatt den Angaben der Importeure der billigsten Akkus aus China zu vertrauen. Warum greifen wir also auf das präventive Verbot der Montage durch Kowalski zurück, anstatt eine verpflichtende Zertifizierung für die Hersteller von Akkus einzuführen?

„Schon seit langer Zeit bemühen wir uns vergeblich um eine Pflicht zur solchen Zertifizierung“, betont ein Vertreter eines westlichen Herstellers von Wechselrichtern und Energiespeichern. „Die derzeit vorgeschlagenen WT-Vorschriften führen statt dazu, die Hersteller zur Zertifizierung zu zwingen, dazu, dass die Kosten für das Risikomanagement auf die Bürger abgewälzt werden – was für polnische Familien um ein Vielfaches teurer sein wird und die Energiewende einschränken wird“, fügt er hinzu.

Es ist, als wollten wir anstelle der verpflichtenden Homologierung und regelmäßigen Fahrzeuginspektionen die Sicherheit beim Parken von Autos in Wohngebäuden verbessern, indem wir vorschreiben, dass die Parkplätze mit saugfähigen Matten ausgestattet werden müssen, die Öl- und Kraftstofflecks auffangen, sowie mit Sensoren für Leckagen von Benzin und LPG, die Undichtigkeiten in den Kraftstoffanlagen aufdecken sollen. Außerdem sollten dort vorgeschriebene Feuerdecken und Sprinkleranlagen vorhanden sein, um die Ausdehnung eines Brandes einzuschränken.

Laut CNBOP, der staatlichen Behörde, die für eine solche Zertifizierung zuständig ist, hat bislang kein Hersteller eines Tanklagers eine solche Zertifizierung erworben. In der Regel werden sie in Deutschland, den USA oder China angefertigt. CNBOP lässt daher die von sich selbst gekauften Tanklager prüfen, um weniger das Brandrisiko zu bewerten – schließlich wird jedes Lager mit einer ausreichend langen Erwärmung durch einen Brenner letztendlich in Brand geraten – sondern vielmehr die Entwicklung und Folgen solcher Brände.

Die ersten Informationen, die uns aus diesen Tests vorliegen, waren ziemlich optimistisch – das Entzünden war schwierig, und es kam zu keiner Ausbreitung zwischen den Batteriemodulen. Auch die Gasmischung war nicht so gefährlich, wie es aus der Fachliteratur hervorgehen würde. In den nächsten Wochen wird CNBOP jedoch den ersten Artikel mit ausführlichen Ergebnissen veröffentlichen, der mehr über die Auswirkungen dieser Brände enthüllt.

Von welchem Risiko sprechen wir? Gas, Auto, Schornstein

Nicht umsonst stehen der Brandscenario und seine Folgen im Mittelpunkt des Interesses von CNBOP. Zusammen mit der Brandwahrscheinlichkeit bilden sie das Risikoprofil einer bestimmten Technologie.

Zum Beispiel können Gasanlagen in Wohngebäuden zu einem heftigen und verheerenden Ausbruch führen, einschließlich des Risikos eines Einsturzes von Teilen oder dem gesamten Gebäude. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Defekts ist jedoch gering. In Polen kommt es jedes Jahr „nur“ zu etwa 20 Baukatastrophen durch Gasexplosionen, bei denen einige bis ein Dutzend Menschen ums Leben kommen. Die grundlegende Maßnahme zur Risikominderung seitens der Nutzer besteht in einer vorgeschriebenen Lüftungsgrille, einer maximalen Lagerung von 2 LPG-Kanistern à 11 kg im Haus sowie Vorschriften bezüglich der Anschlussmöglichkeiten von Herden an die Gebäudeanlage. Das reicht jedoch nicht aus, um dieses Risiko vollständig zu beseitigen. Wir gehen jedoch nicht weiter – beispielsweise mit verstärkten Decken und Wänden in der Küche, nicht brennbaren Küchenschränken oder Stahltüren dafür. Das Risiko und die Zahl der Opfer liegen auf einem akzeptablen Niveau.

Wir sind in Bezug auf die Normen für Hersteller von Gasherdern vorangekommen. Die polnischen Vorschriften verlangen die Einhaltung solcher Normen, und die EU-Vorschriften fordern, dass Gasherdungen mit Ventilen ausgestattet sind, die einen unkontrollierten Gasausströmung verhindern (deshalb werden heute häufig thermoelektrische Ventile verwendet).

Am anderen Ende des Spektrums haben wir sehr häufige Brände – Ruß in Schornsteinen. Jeder zweite Brand in Wohngebäuden in unserem Land entsteht dadurch (mehrere zehntausend Fälle pro Jahr). Allerdings sind die Auswirkungen, obwohl der Brand schnell um sich greift, sehr begrenzt – das Feuer breitet sich selten auf das Dach aus. Der Rauch dringt in der Regel nicht durch die Wände des Schornsteins ein. Deshalb liegt auch dieses Risiko auf einem akzeptablen Niveau.

Irgendwo dazwischen haben wir Autobrände. Das Risiko ist mäßig und beträgt 0,05 % pro Jahr (es gibt jährlich 10.000 Autobrände). Sie entwickeln sich jedoch schnell (3–4 Minuten reichen aus, damit Verbrennungsfahrzeuge nicht mehr mit einem normalen Feuerlöscher gelöscht werden können) und gehen mit einer enormen Wärmemenge sowie tödlichen Gasen einher. Szenarien solcher Brände zeigen jedoch, dass sie häufig außerhalb von Gebäuden auftreten und selten zu einem Ausbruch von Benzindämpfen aus einem geschmolzenen Tank führen. Das Gesamtrisiko, das solche Brände darstellen, hat die Regierung bislang nicht einmal dazu veranlasst, die Pflichtinstallation von Rauchmeldern in Garagen einzuführen. Das Risiko gilt als akzeptabel.

Für 20 % der Opfer von Wohnungsbränden ist das Sofa verantwortlich

Wir sind täglich mit Tausenden solcher Risiken konfrontiert. Viele davon sind nicht offensichtlich und können zu potenziell tragischen Folgen führen. Eines dieser Risiken ist ein Brand auf der Couch. Laut Statistiken des amerikanischen NFPA beginnen etwa 2 % der Wohnungsbrände mit gepolsterten Möbeln – hauptsächlich Couchen. In der Regel werden solche Brände durch Hitze und Asche von Zigaretten, versehentliches Erwärmen mit einer Heizdecke, Funken aus dem Kamin, eine in der Nähe stehende Kerze oder einen überhitzten Laptop-/Telefon-Ladegerät bzw. Netzteil ausgelöst.

Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Brandes ist gering, doch sein Verlauf und seine Folgen sind oft tragisch. Wie das NFPA berichtet, sterben fast 20 % der Opfer von Haus- und Wohnungseinbrüchen bei Bränden, die durch ein brennendes Sofa ausgelöst wurden. Der Grund dafür ist der rasche Ausbreitungsverlauf solcher Brände, der auf Polyurethanschaum und Polsterstoffen beruht – das sind Kunststoffe (in der Regel aus Erdöl hergestellt).

Die Couch fängt schnell Feuer und entzündet rasch andere Gegenstände in der Wohnung (sie hat eine große Brennfläche). Zudem setzt sie enorme Mengen an schwarzem, erstickendem Rauch frei, der die Evakuierung der Menschen erschwert, sowie sehr große Mengen an tödlichen Gasen in kurzer Zeit – CO (Kohlenmonoxid) und HCN (Zyankohlenwasserstoff). Letzterer dringt leicht durch Kleidung (auch durch Schutzuniformen von Feuerwehrleuten) ein und tötet bereits nach 2–3 Minuten. Deshalb wird das Brandrisikoprofil der Couch in Kürze unser Referenzwert sein.

In der Vereinigten Königreich sieht die Situation noch schlechter aus – die Brandstatistiken für England zeigen eine deutliche Diskrepanz zwischen der Häufigkeit von Bränden und ihren Folgen. Bequeme Möbel (Betten, Matratzen, Sofas) sind in etwa 12 % der Hausbrände das erste brennbare Element, verursachen aber bereits 29 % der Todesfälle. Zudem treten sie in 16 % der Fälle als Hauptursache für die Ausbreitung des Feuers auf, sind aber mit bis zu 43 % der Todesfälle verbunden, was darauf hindeutet, dass sie zwar seltener Brände auslösen, deren Todesrate jedoch erheblich erhöhen.

Wie oft brennen Photovoltaikanlagen und Batterien?

Wie sehen diese neuen Risiken – im Vergleich zu den uns gut bekannten Risiken – aus: Batterien (stationär und in Autos) oder Photovoltaikanlagen? Zur Erinnerung: Das Brandrisiko in Wohngebäuden in Polen aus beliebigen Gründen beträgt jährlich 0,4 % (in Deutschland 0,3 %).

Das Brandrisiko bei Verbrennungsfahrzeugen ist zehnmal geringer und beträgt 0,04 % (und in Polen liegt diese Zahl ohnehin deutlich höher als in Deutschland oder Norwegen, was beispielsweise auf den Import alter Elektroautos aus dem Westen sowie Reparaturen durch unerfahrene Werkstätten zurückzuführen ist).

Zum Vergleich liegt laut Statistiken der KG PSP das Brandrisiko allein für die Batterie in einem Elektro-Pkw in Polen noch um einen Größenordnungsklasse niedriger bei 0,006 % (nur alle siebte Elektrobrand betrifft die Batterie).

Noch geringere Brandgefahr weisen Haushalts-LFP-Batterien auf. Forscher der Technischen Universität Aachen haben dieses Risiko untersucht. Ihre Studien sind von Bedeutung, denn während es in Polen derzeit „nur“ etwa 130.000 Haushalts-Lithium-Ionen-Batterien gibt, befinden sich in Deutschland bereits etwa 3 Millionen solcher Batterien in Häusern und Wohnungen (einschließlich mehrerer hunderttausend Plug-in-Batterien, die größtenteils in Wohnungen von Mehrfamilienhäusern installiert sind). Die Brandgefahr durch Haushaltsbatterien beträgt derzeit 0,005 %.

Zum Vergleich hat die Installation von Photovoltaikanlagen noch geringere Brandwahrscheinlichkeit (0,001 % in Deutschland und 0,004 % in Polen, laut Analysen von WysokieNapiecie.pl, die auf Daten der KG PSP sowie Umfragen bei Feuerwehrleuten beruhen).

Kühlschränke und Gefriergeräte weisen laut Wissenschaftlern aus Aachen eine vergleichbare Brandwahrscheinlichkeit auf: 0,001 % pro Jahr.

Kommen wir noch einmal auf das Risiko eines Hausbrandes zurück, der durch die Couch ausgelöst wird. Basierend auf Daten der KG PSP und der amerikanischen NFPA liegt dieses Risiko bei 0,007 %.

Ein Hausbrand alle 250 Jahre, eine Batteriefeuer alle … 5000 Jahre

Wie interpretieren wir diese Prozentsätze? Wenn die Wahrscheinlichkeit eines Haus- oder Wohnungsbrennens in Polen bei 0,4 % liegt, bedeutet das, dass ein durchschnittliches Haus in Polen alle 250 Jahre in Brand gerät.

Wie oft kommt es zu einem Brand in einer Wohnung durch eine Batterie? Eine Wahrscheinlichkeit von 0,005 % bedeutet, dass ein solches Feuer statistisch gesehen alle … 20000 Jahre (bzw. einmal in zwanzigtausend Jahren) eine Wohnung betrifft. Was aber, wenn die Deutschen sich irren? Photovoltaik-Brände (und diese werden von denselben Installateuren installiert, die auch die Batterien anbringen) kommen in Polen 4 Mal häufiger vor. Das würde bedeuten, dass eine Batterie im Durchschnitt alle 5000 Jahre bei ihrem Besitzer in Brand gerät.

Anders ausgedrückt: Laut dem schlimmsten Szenario, das auf den verfügbaren Daten aus Deutschland basiert und auf polnische Standards in Bezug auf Bauweise und Ausrüstung (4-mal schlechter) übertragen wurde, würde die Anzahl von 1 Million Batterien in Häusern und Wohnungen in Polen jährlich zu 200 Bränden führen. Zur Erinnerung: Die Gesamtzahl der Hausbrände in Polen beträgt etwa 30.000, während die Zahl der Brände bei Verbrennungsmotoren fast 10.000 beträgt.

Die Wahrscheinlichkeit eines Brandes durch Batterien ist heute, um es direkt zu sagen, äußerst gering. Die Sammlung von Daten zur Häufigkeit solcher Brände durch das KG PSP sollte der Ausgangspunkt für Gespräche über allgemeine Verbote ihrer Installation oder andere Beschränkungen sein.

Kommen wir also zu den nächsten beiden Bestandteilen des Risikoprofils: den Entwicklungsscenarios eines solchen Brandes sowie dessen Auswirkungen auf die Einwohner, Rettungskräfte und Eigentum.

Wie wird das Risiko geschätzt?

Um zu verstehen, ob wir ein liberaleres oder restriktiveres Vorgehen bei der Installation von Photovoltaikanlagen und Batterien in Häusern oder Wohnungen anwenden sollten, müssen wir die damit verbundenen Risiken analysieren, sie mit anderen Risiken vergleichen, denen unsere Häuser ausgesetzt sind (zum Beispiel Brandgefahr durch Möbel, Elektroanlagen oder ein Verbrennungsmotor im Garagen), und uns die Frage stellen, ob es hier tatsächlich ein anderes Risikoprofil und -niveau gibt im Vergleich zu den Risiken, mit denen wir bereits konfrontiert sind, wenn es in den Häusern Gasherd, LPG-Kanister, Dutzende von Wechselrichtern, Holz, Papier, einige kleine Lithium-Ionen-Batterien sowie Hunderte Kilogramm Ausrüstung aus petrochemischen Materialien gibt – von Möbeln über Fernseher bis hin zu Geräten – und im Garagen zusätzlich Dutzende Liter brennbarer und explosiver Kraftstoffe inmitten von Hunderten Kilogramm giftigen Kunststoffs.

Kommen wir also dazu, wie sich diese Brände entwickeln und welche Folgen sie haben. Wir sollten das Tempo sowie die gesamte Wärmestrahlung im Brand berücksichtigen, die Emission und Schädlichkeit der aus dem Gerät freigesetzten Gase, das Rauchniveau im Hinblick auf die Evakuierbarkeit der Menschen, die Fähigkeit des Geräts, das Feuer zu bekämpfen und es weiterzutragen, sowie die Risiken für Rettungskräfte (Toxizitätsgrad oder Entzündbarkeit der entstehenden Atmosphäre, Möglichkeit eines Stromschlags usw.).

Wärmestrahlung im Brand: Akku gegen Schrank

Eine der wichtigsten Gefahren bei einem Brand ist die Menge und das Tempo der Wärmestrahlung durch die brennende Substanz. Davon hängt ab, wie schnell sich das Feuer ausbreitet und welche Schäden es an der Gebäudekonstruktion verursacht.

Eine LFP-Batterie mit einer Kapazität von 10 kWh (Standard für eine Wohnung) enthält 150 kWh an chemischer Energie (Brennstoff). So viel Wärme wird von der Batterie freigesetzt, wenn sie vollständig abgebaut ist. Ist das viel? Ein Sofa mit derselben Masse (90 kg) enthält den doppelten Brennstoffgehalt (300 kWh). Ein Bücherregal oder ein Kleiderschrank enthalten noch mehr Brennstoff (1000 kWh). Die Menge an Energie, die aus einem solchen Speicher freigesetzt wird, ist daher um ein Vielfaches geringer als aus jedem größeren Möbelstück in unserer Wohnung.

Daher – wie wir bereits gezeigt haben – ist das Risiko eines Brandes einer Hausbatterie im „polnischen“ Szenario (4-mal schlimmer als im deutschen) nicht nur geringer als das eines Brandes eines Sofas, sondern es geht in der Regel auch mit einer deutlich geringeren Menge an freigesetzter Wärme einher.

Höchste Brandkraft: Batterie vs. Möbel

Die Menge an gespeicherter chemischer Energie ist zwar wichtig, doch in der Regel ist das Tempo ihrer Freisetzung weitaus entscheidender – also wie heftig das Feuer ist. Das erscheint unlogisch, aber wenn ein Feuer mit derselben Menge an Brennstoff eine Woche dauert, im Fall von Gegenstand A, oder nur 10 Minuten im Fall von Gegenstand B, dann ist Gegenstand B um ein Vielfaches gefährlicher.

Warum? Weil Gegenstand A langsam brennt und über einen sehr langen Zeitraum nur wenig Wärme abgibt, während Gegenstand B heftig brennt (oder sogar explodiert) und in kurzer Zeit enorme Mengen an Wärme freisetzt, was schnell dazu führen kann, dass andere Gegenstände im Haus in Brand geraten und die Evakuierung erschwert wird.

Die bereits erwähnte Couch, der Kleiderschrank oder das Bücherregal brennen schnell und geben in der Hochphase des Feuers eine enorme Wärmemenge ab, die bis zu 2-3 MW erreichen kann. Zu dieser Zeit brennt die Heizung im Haus deutlich weniger intensiv und gibt in der Hochphase höchstens 0,2-0,5 MW Wärme ab. Dadurch haben die Bewohner mehr Zeit zur Reaktion sowie für die Ankunft der Feuerwehr.

Gasemissionen: Heizung vs. Couch

Doch es sind nicht das Feuer und die Temperatur, sondern die giftigen Gase, die aus brennenden Gegenständen entweichen, die in der Regel die größte Brandgefahr für Leben und Gesundheit der Menschen darstellen. Bei einer Heizung können solche Gase bereits Minuten vor dem Auftreten des Feuers austreten. Ähnliches kann bei einer Couch geschehen, wenn sie anfängt zu glimmen.

In der zweiten Hälfte des Artikels zeigen wir die erfassten Emissionswerte von Gasen bei Brandtests bisheriger Gefahrenquellen, also der vorherrschenden Wohnraumausstattung sowie der neuen in Form von Batterien, zusammen mit den Messdaten aus den CNBOP-Tests.

In der zweiten Hälfte des Artikels…

In Teil zwei des Artikels werden wir auch das tatsächliche Risikoniveau erörtern, das aus der Möglichkeit entsteht, in einem häuslichen LFP-Akku eine brennbare Wasserstoffatmosphäre zu schaffen. Im weiteren Verlauf des Artikels fassen wir die durch den Akku verursachten Risiken im Vergleich zu anderen bestehenden Gefahren zusammen sowie die Möglichkeiten zur Risikominderung – von den Sicherheitsmaßnahmen für die Akkumoduln und deren Trennung über mögliche bauliche Lösungen. Wir fassen außerdem die Gründe zusammen, warum die Regierung die Entwicklung von häuslichen Energiespeichern unterstützt und warum sie weltweit in rasantem Tempo wachsen. Zudem erläutern wir, worauf sich die ausländischen Brandschutzvorschriften für häusliche Akkus konzentrieren, und geben eine kurze Liste von Empfehlungen.

Teil zwei des Artikels erscheint in den nächsten Tagen.