MPP-Tracker: maximale Leistung für PV-Anlagen
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 kosteneffizient auf dem Maximum Power Point arbeitet, erfährst du hier.
Wie funktioniert ein MPP-Tracker?
Unter dem Maximum Power Point versteht man den Betriebspunkt, an welchem die Photovoltaikanlage die höchste Leistung erzeugt. Der MPP ist von verschiedenen Faktoren abhängig:
- 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.
- 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 berechnet man das größte Produkt – den MPP. Dargestellt wird das Ganze mithilfe der Strom-Spannungs-Kennlinie, auch bekannt unter dem Begriff MPP-Kennlinie. Auf dieser Kennlinie sucht der Tracker dann den Maximum Power Point, den es zu erreichen gilt.
Brauche ich einen MPP-Tracker pro Modul?
Bei modernen Solaranlagen ist der MPP-Tracker im Wechselrichter integriert und behält durch die ständige Berechnung des Maximum Power Points die Leistung all deiner Solarmodule im Blick. Du benötigst also nicht für jedes Modul einen eigenen MPP-Tracker.
Neben der Integration von Moduloptimierern in den Wechselrichter gibt es auch die Möglichkeit, einzelne Modul-Optimierer zu installieren. Verwendet wird dieses Verfahren unter anderem bei Wechselrichtern von SolarEdge. In diesem Fall benötigst du einen Optimierer pro Solarmodul, um die optimale Leistung deiner Solaranlage zu nutzen.
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 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 stets 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. Sind in einem String beispielsweise 3 von 9 Solarmodulen verschattet, entstehen 2 Maximum Power Points. Beim zuvor vorgestellten Verfahren stoppt der Tracker, wenn er einen dieser Punkte gefunden hat. Dies kann zur Folge haben, dass der günstigere beider Maximum Power Points gar nicht erst gefunden wird und der String so weniger Leistung bringt, als er eigentlich könnte.
Für diesen Fall haben Wechselrichter-Hersteller das Schattenmanagement eingeführt. Dieses sorgt dafür, dass die gesamte Kurve in regelmäßigen Zeitabständen (fünf bis zehn Minuten) vom Generator überprüft wird, um den höchsten MPP zu finden. Mit Hilfe dieses Vorgangs kann nicht nur der Maximum Power Point berechnet 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.
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.
Und doch gibt es verschiedene Störfaktoren, die Einfluss auf den Maximum Power Point haben. Dabei ist eine der größten Sorgen unter Photovoltaikanlagen-Betreibern eine Teilverschattung der Anlage und den dadurch entstehenden 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.
Wie zuvor bereits erklärt, haben Tracker bis vor einigen Jahren oft nur den niedrigeren MPP ermittelt, was zu einem Leistungsabfall führte. Bei den meisten aktuellen Geräten kann die Leistung nun dank des integrierten Schattenmanagements auf dem optimalen Level gehalten werden. 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 nur ein kurzer Leistungsabfall der Solaranlage bemerken.
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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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