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Maximale Leistung – mit dem Maximum Power Point Tracking arbeitet deine PV-Anlage am ertragreichsten

01.04.2021 Joana Eichert Lesezeit 6 Minuten

Maximale Leistung verspricht maximalen Ertrag – dafür sorgt der Maximum Power Point Tracker. Dieser ermittelt den Zeitpunkt der höchsten Leistung, den sogenannten Maximum Power Point (kurz: MPP). Wie das funktioniert und ob jede Solaranlage kosteneffizientSolaranlage kosteneffizient auf dem Maximum Power Point arbeitet, erfährst du hier.


Das erwartet dich in diesem Artikel:


  1. Der Maximum Power Point deiner Solaranlage
  2. Den MPP berechnen: Was ein Maximum Power Point Tracker für dich tut
  3. Verschattung von Modulen – Einflüsse auf den Maximum Power Point
  4. Diese Verfahren setzt der MPP-Tracker ein
  5. Fazit


Der Maximum Power Point deiner Solaranlage

Unter dem Maximum Power Point versteht man den Betriebspunkt, an welchem die Photovoltaikanlage die höchste Leistung erzeugt. Der MPP ist von verschiedenen Faktoren abhängig:

1. Die Einstrahlungsstärke beeinflusst die Leistung der Solarzellen maßgeblich. Scheint die Sonne von einem wolkenlosen Himmel, trifft mehr Strahlung auf die einzelnen Solarmodule als an einem bewölkten Tag. Doch auch im Laufe eines Tages ändert sich die Bestrahlungsstärke. So ist sie um die Mittagszeit am höchsten, zu Tagesbeginn, bzw. -ende, nimmt sie ab. Die Stromstärke „I“ steigt mit der Sonneneinstrahlung an.
2. Die Temperatur des Solarmoduls beeinflusst ebenfalls die Leistung. Diese ist abhängig von der Umgebungstemperatur und entsprechend in kalten Monaten niedriger als in warmen. Bei einer erhöhten Temperatur des Moduls, sinkt die Spannung „U“ innerhalb der Solarzellen ab.

Der Maximum Power Point der PV-Anlage wird in der Regel in einem Diagramm dargestellt. Dabei werden den Achsen die Werte I (Stromstärke) und U (Spannung) zugeordnet. Durch die Multiplikation beider Werte errechnet man das größte Produkt – den MPP.

Solaranlage optimieren durch MPP-Tracking

Den MPP berechnen: Was ein Maximum Power Point Tracker für dich tut

Damit du nicht selbst mehrmals täglich den Taschenrechner zücken und die Produktivität deiner Solaranlage berechnen musst, sind heutzutage sogenannte MPP-Tracker in den Wechselrichtern verbaut. Der Maximum Power Point Tracker ermittelt pausenlos den Punkt der höchsten Leistung, um den Ertrag der Solaranlage durchgehend zu optimieren:

Über den Wechselrichter kann die Spannung im Solargenerator beeinflusst werden. Dabei besteht die Möglichkeit, die Spannung im Stromspeicher oder im Netz unabhängig von den angeschlossenen Verbrauchern zu verändern. Mittels „Suchschwing-Verfahren“ ermittelt der MPP-Tracker den Punkt der höchsten Leistung. Dabei wird die eingehende Spannung durch den Maximum Power Point Tracker gemessen und mit der Ausgangsspannung verglichen. Der MPP-Tracker ist nun in der Lage die eingehende Spannung zu verändern, um einen maximalen Ertrag der Solaranlage zu garantieren. Stimmt das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung nicht, nimmt der MPP-Tracker Einfluss auf die eingehende Spannung, also diejenige, welche ins Netz eingespeist wird. Erhöht sich die Leistung, wird die Beeinflussung der eingehenden Spannung fortgesetzt. Sinkt die Leistung irgendwann ab, wurde der MPP überschritten und das Vorgehen muss in die entgegensetzte Richtung fortgeführt werden.

Nimmt man es genau, stellt der MPP-Tracker sicher, dass die Leistung immer so nah am Maximum Power Point wie möglich liegt.

Verschattung von Modulen – Einflüsse auf den Maximum Power Point

Der MPP-Tracker ist als Bestandteil des Wechselrichters stets bemüht, das Leistungsmaximum des Geräts zu erreichen. Als Leistungsmaximum wird das größtmögliche Produkt aus Stromstärke und Spannung verstanden, auch Maximum Power Point genannt. Hier arbeitet der Wechselrichter im optimalen Wirkungsgrad. Um Störfaktoren zu identifizieren, muss zunächst zwischen statischem und dynamischem MPP-Wirkungsrad unterschieden werden:

1. Der statische Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis der aufgenommen zur umgewandelten Energie. Er stellt die Gesamthöhe der Wechselrichterverluste dar.
2. Der dynamische MPP-Wirkungsgrad beschreibt die Summe der Energien aller Maximum Power Points unter wechselnden Bedingungen im Verhältnis zur höchstmöglichen Umwandlungsenergie.

Um dem optimalen MPP-Wirkungsgrad so nah wie möglich zu kommen, werden Beeinflussungen der Leistungsfähigkeit ausfindig gemacht und im Bestfall umgangen. Solche störenden Faktoren können den statischen wie auch den dynamischen Wirkungsgrad des Maximum Power Point beeinflussen, aber auch untereinander haben die Wirkungsgrade einen Einfluss aufeinander. So muss vor der Inbetriebnahme zunächst der Wechselrichter überprüft werden. Arbeitet dieser außerhalb des Spannungsbereiches, hat dies negative Auswirkungen auf den statischen MPP-Wirkungsgrad. Weitere Faktoren, die einen negativen Einfluss auf den statischen Wirkungsgrad haben sind beispielsweise:

- Teilverschattungen
- fehlerhafte Bestimmungen der Wechselstrom-Spannung
- Leistungsbegrenzungen des Wechselrichters

Auch der dynamische MPP-Wirkungsgrad kann sich verschlechtern. Hier kann der statische Wirkungsgrad Einfluss haben sowie beispielsweise:

- fehlerhafte Tracking-Parameter (die festgelegte Tracking-Geschwindigkeit und der Tracking-Algorithmus)
- Veränderungen der Spannung des Maximum Power Points
- die Stabilität des Spannungswandlers

Eine der größten Sorgen unter Photovoltaikanlagen-Betreibern ist eine Teilverschattung der Anlage als Grund für einen Leistungsabfall. Doch solang es sich um eine geringe Veränderung der Sonneneinstrahlung handelt – beispielsweise durch eine Teilverschattung einzelner Solarmodule – kann der MPP-Tracker dem möglichen Leistungsabfall entgegenwirken. Innerhalb des Strings (mehrere verschaltete Solarmodule) entsteht ein zweiter Maximum Power Point. Der MPP-Tracker ermittelt stets den Punkt der maximalen Leistung, indem er die Leistungskurve entlangfährt. Bis vor einigen Jahren ermittelte der Tracker auf diese Weise oft nur den niedrigeren MPP, was zu einem Leistungsabfall führte. Bei den meisten aktuellen Geräten, prüft der MPP-Tracker die Leistungskurve nun auf weitere Maximum Power Points, um die Leistung trotz Teilverschattung auf dem optimalen Level zu halten. Kommt es zu einer plötzlichen und massiven Veränderung der Sonneneinstrahlung – beispielsweise durch eine Wolkenfront, welche die Sonne von einem Augenblick auf den anderen verdeckt, lässt sich oft ein kurzer Leistungsabfall der Solaranlage bemerken.

Teilverschattung der Solarmodule auf dem Hausdach

Diese Verfahren setzt der MPP-Tracker ein

Um den Maximum Power Point zu erreichen und damit die Leistung der Solaranlage auf dem optimalen Stand zu halten, stehen dem MPP-Tracker verschiedene Techniken zur Verfügung. Das eingangs beschriebene Spannungserhöhungsverfahren ist die Grundlage der Arbeit des MPP-Trackers. Die Spannung innerhalb der Strings (in Reihe geschaltete Solarmodule) wird schrittweise erhöht. Kommt es zu einem Leistungsabfall weiß das System, dass der Maximum Power Point überschritten wurde und senkt die Spannung wieder ab. Durch diesen Vorgang kann das System flexibel auf unterschiedliche Strahlungsverhältnisse reagieren und die Solaranlage stehts mit der maximalen Leistung in Betrieb halten.

Kommt es zu einer Verschattung, beziehungsweise Teilverschattung einzelner Solarmodule, greift der Maximum Power Point Tracker zum sogenannten Schattenmanagement: In regelmäßigen Zeitabständen (fünf bis zehn Minuten) wird die Kennlinie des Generators überprüft. Mit Hilfe dieses Vorgangs kann nicht nur der Maximum Power Point ermittelt werden, sondern auch Veränderungen der Sonneneinstrahlung erfasst und eine entsprechende Reaktion des Systems eingeleitet werden. In modernen Wechselrichtern ist der MPP-Tracker meist mit dieser Funktion ausgerüstet.


Beratung zu Förderung für PV-Anlagen

Fazit

Für den optimalen Betrieb der Solaranlage ist der MPP-Tracker aus dem Wechselrichter nicht mehr wegzudenken. Die stetige Überprüfung der Anlagenleistung sorgt für Sicherheit bei den Betreibern, denn eine optimale Leistung verspricht auch optimale Erträge. Arbeitet die Solaranlage stets auf oder nahe dem Maximum Power Point, wird mehr Energie produziert, die im Haushalt verbraucht, im Stromspeicher zwischengelagert oder gegen die Einspeisevergütung ins öffentliche Netz eingespeist werden kann. Der MPP-Tracker ist ein Teil des Wechselrichters, welcher wiederum eine unumgängliche Komponente jeder Solaranlage ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass dein Solarprojekt alle Grundvoraussetzungen für einen optimalen Betrieb und einen hohen Wirkungsgrad erfüllt.

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