MPP-Tracker: Funktionsweise & Methoden zur Steigerung des PV-Ertrags

• Was ist ein MPP Tracker? Ein MPPT ist ein elektronisches Gerät, das in Photovoltaikanlagen verwendet wird, um die maximale Leistung der PV-Module zu ermitteln und zu halten.
• Was funktioniert MPP Tracking? Ein MPP-Tracker hat die Aufgabe, den Lastwiderstand so zu beeinflussen, dass die Leistung der Photovoltaikanlage laufend beim Optimum liegt. Daher der Name MPP für Maximum Power Point. In modernen Wechselrichtern sind ein oder mehrere MPPTs verbaut.
• Warum nutzt man mehrere MPP Tracker? Mit mehr als einem MPPT ist eine individuelle Optimierung verschiedener Solarmodul-Gruppen möglich, wenn diese bei unterschiedlichen Bedingungen arbeiten, wie z.B. bei teilweisem Schattenwurf oder unterschiedlicher Ausrichtung.
• Was bringen 2 MPP Tracker? Zwei MPPTs sind beispielsweise praktisch, wenn man zusätzliche Module an der Nord oder Ost-/Westseite montiert hat, oder eine Balkonanlage bzw. Fassadenmontage mit dementsprechend anderem Neigungswinkel zusätzlich zur Dach-PV-Anlage betreiben möchte.
• Gibt es unterschiedliche Himmelsrichtungen UND Neigungswinkel zu beachten, können auch 3 MPP-Tracker nötig werden. In vielen modernen Invertern findet man 2 bis 3 MPPTs.
• Wie viele Strings pro MPPT? Die Anzahl der Strings, die pro MPP-Tracker angeschlossen werden können, hängt vom spezifischen Wechselrichtermodell und dessen technischen Spezifikationen ab. Dabei ist wichtig zu beachten, dass die maximale Eingangsspannung nicht überschritten werden darf.
• Kleinere Wechselrichter für den Wohnbereich erlauben oft den Anschluss von 1 bis 2 Strings pro MPP-Tracker. Größere Wechselrichter für gewerbliche oder industrielle Anwendungen können mehrere Strings pro MPP-Tracker handhaben, manchmal 3 bis 6 Strings oder mehr, abhängig von der maximalen Eingangsspannung und dem Strom, den der Wechselrichter verarbeiten kann.

Dort sieht man dann auch deutlich, dass es einen Punkt im Diagramm gibt, in der das Produkt einen Maximalwert (=maximale Leistung) erreicht. Diesen Maximalwert nennt man Maximum Power Point oder kurz MPP.

Temperatur und Sonneneinstrahlung auf das Solarmodul verändern diese Kurve ständig:

• Steigt die Sonneneinstrahlung, steigt gleichzeitig auch die Stromstärke,
• steigt die Temperatur, sinkt die Spannung.

Damit auch im Sommer bei hohen Temperaturen die Solarmodule im MPP betrieben werden können, muss eine minimale Eingangsspannung erreicht werden bzw. eine Mindestanzahl an Modulen in Reihe geschaltet werden, um die für den MPP-Betrieb nötige Spannung zu erreichen.

Auch im Schwachlichtbereich von unter 250 W/m² sinkt die MPP-Spannung von Modulen deutlich ab und kann unter der minimalen MPP-Spannung des Wechselrichters fallen. Dann verschiebt sich der Arbeitspunkt des Generators in Richtung der Leerlaufspannung, wodurch sich die vom Generator abgegebene Leistung verringert.

Ein MPP-Tracker im Wechselrichter versucht, die entnommene Stromstärke so zu dosieren, dass immer das Leistungsmaximum (Produkt aus Stromstärke und Spannung) und somit ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird.

Die einfachste Möglichkeit, um auf die Veränderung der Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf zu reagieren, ist dazu die kontrollierte Spannungserhöhung. Bei diesem Verfahren erhöht der MPP-Tracker die Spannung innerhalb der Module Schritt für Schritt, und zwar so lange, bis der MPP-Tracker einen Abfall der Leistung registriert. Dann weiß der Tracker, dass der MPP überschritten wurde, woraufhin die Spannung wieder gesenkt wird.

So wird auch bei stark wechselnder Sonneneinstrahlung ein möglichst langer Betrieb am Maximum Power Point ermöglicht. Diese Funktionsweise nennt man dann "MPP-Tracking".

• Die Genauigkeit des MPP-Trackers beeinflusst somit die vom PV-Generator erzeugte Leistung.
• Die Schnelligkeit (Geschwindigkeit), mit der der MPP-Tracker arbeitet beeinflusst, wie gut sich der Wechselrichter an Veränderungen der Sonneneinstrahlung anpassen kann.

Um MPP-Tracking Funktionen miteinander vergleichen zu können, wurde der Anpassungswirkungsgrad eingeführt. Dieser beschreibt letztendlich die Funktion des Wechselrichters, die Energie des PV-Generators umzuwandeln. Außerdem lassen sich über diesen Wert die sogenannten Regeleigenschaften moderner MPP-Tracker bestimmen.

Bedeutend für den Anpassungswirkungsgrad sind

• die Einstrahlungsverhältnisse,
• die Temperaturschwankungen und
• das statische/ dynamische Verhalten des MPP-Trackers selbst.

• Unter dem Begriff "statischer MPP-Tracking-Wirkungsgrad" versteht man das Verhältnis zwischen effektiv aufgenommener Energie des Wechselrichters zu umgewandelter DC-Energie unter gleichen Bedingungen.
• Der "dynamische Wirkungsgrad des MPP-Trackers" hingegen beschreibt das Verhältnis aus der Summe aller MPP-Energien, welche unter ständig wechselnden Bedingungen auf unterschiedlichen Stufen absorbiert wird und der dazugehörigen (theoretischen) höchstmöglichen Wechselstromenergie.

Die Sonneneinstrahlung, als verändernder Faktor, kann so lange vernachlässigt werden, solang die Einstrahlveränderungen minimal sind. Darunter versteht man entweder einen dauerhaft klaren Himmel ohne Bewölkung oder auch einen permanent bewölkten Himmel.

Ziehen an klaren Tagen jedoch Wolken vorbei, verändert sich die Einstrahlung binnen kürzester Zeit. Das führt zu großen Spannungsunterschieden. Selbst hochmoderne MPP-Tracking-Methoden können diesen rasanten Sprüngen in der Regel nicht folgen.

Das ist aber auch nicht weiter schlimm, da diese Einstrahlveränderungen nur eine minimale Ertragseinbuße auf das ganze Jahr gerechnet erzeugen. Somit kann dieser Faktor eigentlich ignoriert werden. Die ideale Geschwindigkeit kann man recht leicht berechnen: Experten sagen, ein Wert der 1% des Wertes der MPP-Spannung pro Sekunde entspricht, ist ideal.

Da sich der Anpassungswirkungsgrad stark auf den Ertrag einer PV-Anlage auswirkt, ist es wichtig, eine gute MPP-Tracking-Funktion zu wählen. Experten raten dazu, dass der Tracker an sich lieber etwas langsamer arbeitet und dafür aber 100% korrekt berechnet, als dass man ein extrem schnelles Modell wählt, das ständig Berechnungsfehler produziert, weil es überfordert ist.