Letzte Aktualisierung: 23.11.2020

Optimierung des PV-Ertrags mit MPP-Tracker

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Wie funktioniert ein MPP-Tracker? Welche Faktoren beeinflussen die Tracking-Geschwindigkeit und wie kann die PV-Leistung mit dem MPP-Verfahren optimiert werden?

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MPP als maximales Produkt aus Spannung und Stromstärke

Wer sich näher mit der Materie PV-Anlage auseinandersetzt, hat den Begriff MPP-Tracker sicherlich schon einmal gelesen oder gehört. Besonders moderne Wechselrichter werben häufig mit dieser Funktion als zusätzliches Feature. Will man die Photovoltaik-Leistung berechnen, multipliziert man dessen Spannung und Stromstärke. Gleichzeitig stehen Spannung und Stromstärke in einem speziellen Verhältnis: Verändert man den Strom (I) verändert man auch gleichzeitig immer die Spannung (U). Dieses Verhältnis kann man am einfachsten anhand einer sogenannten U-I-Kurve zeigen.

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.

Dieses Wissen vorausgesetzt wird jetzt langsam klar, dass jedes Modul einen anderen aktuellen MPP hat, der sich permanent verändern kann. 

Tracking-Geschwindigkeit und Anpassungswirkungsgrad

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 Funktion 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.

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Statischer und dynamischer MPP-Tracking-Wirkungsgrad

  • 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.

Welche Faktoren beeinflussen den statischen Wirkungsgrad?

Um immer das Maximum aus der PV-Anlage herausholen zu können, sollte man darauf achten, dass das statische Verhalten des MPP-Trackers nicht zu sehr beeinflusst wird. Dies kann durch

  • eine falsche Bestimmung der Wechselstrom-Spannung geschehen oder
  • auch durch zu große Abweichungen vom Maximum Power Point bei speziellen Überwachungsverfahren.
  • Setzt man 100-HZ-Rippel zusammen mit einphasigen Wechselrichtern ein oder erreicht man Leistungsbegrenzungen, die den MPP einschränken, beeinflusst dies ebenfalls das statische Verhalten der MPP-Tracker.
  • Zu guter Letzt muss noch darauf geachtet werden, dass der MPP nicht außerhalb des Spannungsbereichs liegt und
  • dass ein MPP-Tracking bei Teilbeschattungen ebenfalls das statische Verhalten des MPP-Trackers verändert.

Im Allgemeinen kann man sagen, dass ein wirklich guter Wechselrichter ohne Probleme Wirkungsgrade von 99,2% erreichen kann.

Welche Faktoren beeinflussen den dynamischen Wirkungsgrad?

Auch das dynamische Verhalten des MPP-Trackers wird durch verschiedenste Faktoren beeinflusst. Zu den häufigsten Störfaktoren zählen hier

  • der statische MPP-Wirkungsgrad,
  • eine Veränderung der MPP-Spannung,
  • die bereitgestellte Tracking-Geschwindigkeit,
  • der eigentliche Tracking-Algorithmus
  • sowie die Gesamt-Stabilität des Spannungswandlers.

Wichtig ist zu beachten, dass die Temperatur eines PV-Moduls ebenfalls Einfluss auf die Spannung und somit auch auf das MPP-Tracking hat. Aufgrund der Beschaffenheit moderner PV-Module (Stichwort: thermische Masse) wirkt sich dieser Faktor aber nur sehr geringfügig auf die Gesamtgeschwindigkeit des MPP-Trackings aus.

Sonneneinstrahlung und ideale MPP-Geschwindigkeit

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.

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