Maximum Power Point Tracking – Volle Power für Ihre Solaranlage

ARNE GONSCHOR

AKTUALISIERT AM: 31.05.2022

ARNE GONSCHOR
AKTUALISIERT AM: 31.05.2022


Das Maximum Power Point Tracking – kurz MPP Tracking – sorgt dafür, dass Ihre Solaranlage zu jedem Zeitpunkt die maximale Leistung und somit auch den maximalen Solarertrag abrufen kann. Wie das funktioniert und welche Rolle der Wechselrichter dabei spielt, erfahren Sie in diesem Artikel.

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Maximum Power Point und MPP-Tracking

Unter dem Begriff Maximum Power Point (MPP) versteht man bei einer Solaranlage den Punkt maximaler Leistung. Der MPP ist dabei das Produkt der Stromstärke I und der Spannung U innerhalb des Solarmoduls. Durch verschiedene Einflussfaktoren – wie beispielsweise die Temperatur oder auch die Verschattung der Module – verändert sich der MPP konstant. So steigt bei zunehmendem Lichteinfall einerseits die Stromstärke I, während durch die erhöhte Temperatur innerhalb der Solarzelle zeitgleich die Spannung U abnimmt.

Genau hier setzt das Maximum Power Point-Tracking (MPP-Tracking) an. Dieses sorgt dafür, dass die Solaranlage trotz externer Einflussfaktoren immer an ihrem Leistungsmaximum, also dem Punkt maximaler Differenz zwischen Stromstärke und Spannung, arbeiten kann. Frei übersetzt könnte das MPP-Tracking also auch als Suche nach dem maximalen Leistungspunkt bezeichnet werden.

Welche Faktoren beeinflussen den MPP?

Der Maximum Power Point ist das maximale Produkt aus Spannung und Stromstärke. Ändert sich einer dieser beiden Faktoren, ändert sich somit auch der MPP. Besonders großen Einfluss haben dabei:

  1. Die Sonneneinstrahlung: Je stärker die Sonne scheint und je mehr Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, desto höher die Leistung der Solaranlage. Dabei verändert sich die Strahlungsintensität aber nicht nur in Abhängigkeit von der Bewölkung, sondern auch im Tagesverlauf. So steigt die Stromstärke I beispielsweise zur Mittagszeit, wenn die Sonneneinstrahlung besonders stark ist. Im Gegenzug ist sie in den frühen Morgen- und späten Abendstunden etwas geringer.
  2. Die Temperatur der Solarmodule: Genauso wie die Sonneneinstrahlung beeinflusst auch die Temperatur des Solarmoduls den Maximum Power Point. Denn mit steigender Temperatur nimmt die Spannung U innerhalb des Solarmoduls ab. Mit jedem Wetterumschwung verändert sich also auch der MPP der Solaranlage.

Wie funktioniert das Maximum Power Point Tracking?

Das Tracking des Maximum Power Points findet bei netzgebundenen Solaranlagen in der Regel am Wechselrichter statt. Dabei kommt ein sogenannter Microcontroller zum Einsatz, der den Zustand der Solarzellen fortlaufend überwacht und entsprechend anpasst. Dieser kann den Wechselrichter je nach Bedarf an- und ausschalten und darüber die Ausgangs- beziehungsweise die Netzspannung am Wechselrichter regulieren. Diese Regulierung der Spannung (wir erinnern uns: MPP = Stromstärke I x Spannung U) soll gewährleisten, dass die Solaranlage so lange wie möglich an oder immerhin in der Nähe ihres Leistungsmaximums arbeitet.

Der Maximum Power Point der Solaranlage wird üblicherweise mithilfe eines Diagramms veranschaulicht. Den beiden Achsen des Diagramms werden dabei die Werte I (Stromstärke) und U (Spannung) zugeordnet. Multipliziert man diese beiden Werte, erhält man ihr größtmögliches Produkt, den MPP. Dieser wird im Diagramm, abhängig von der Spannung U, mithilfe der sogenannten MPP-Kennlinie dargestellt. Entlang dieser Linie kann der MPP-Tracker nun für jeden Betriebszustand die maximal mögliche Leistung der Solaranlage ermitteln.

Grafische Darstellung eines Maximum Power Points
Stündle, Public domain, via Wikimedia Commons

Das Leistungsoptimum der Solaranlage zu ermitteln, ist jedoch nur die halbe Miete. Schließlich muss der MPP auch erreicht und so lange wie möglich gehalten werden. Dafür stehen dem MPP-Tracker verschiedene Verfahren zur Verfügung:

Spannungserhöhungs-Verfahren

Die einfachste Möglichkeit, um auf die Veränderung der Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf zu reagieren, ist 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.

Ganz ähnlich funktioniert auch das Lastsprung-Verfahren. Allerdings wird der Maximum Power Point hier nie exakt erreicht, sondern nur ungefähr eingekreist. Aus diesem Grund gehen wir hier auf dieses Verfahren auch nicht genauer ein.

Schattenmanagement

Da sich der Maximum Power Point aber nicht nur durch sich ändernde Sonneneinstrahlung, sondern auch durch wandernde und plötzlich auftretende Schatten verändern kann, gibt es noch ein weiteres wichtiges Verfahren beim MPP-Tracking: Das Schattenmanagement. Dieses kommt zum Einsatz, wenn in einem String (in Reihe geschaltete Solarmodule) beispielsweise zwei der sechs Solarmodule kurzfristig verschattet sind. In diesem Fall würde das MPP-Tracking nun nicht mehr das tatsächliche globale Leistungsmaximum des Strings finden, sondern nur noch das lokale Maximum der verschatteten Module.

Um dies zu verhindern, greift der MPP-Tracker auf das im Wechselrichter integrierte Schattenmanagement zurück. Bei diesem Verfahren wird, unabhängig vom Verfahren der Spannungserhöhung, alle fünf bis zehn Minuten die MPP-Kennlinie des gesamten Solargenerators überprüft und nach dem globalen Maximum durchsucht. Das sorgt dafür, dass auch bei Teilverschattung stets die maximale Leistung des Strings abgerufen werden kann.

Leistungsoptimierer einsetzen

Wandert die Verschattung im Tagesverlauf über die Anlage hinweg, kann auch der Einsatz von sogenannten Leistungsoptmierern Sinn ergeben. Diese werden direkt hinter dem betroffenen Solarmodul angebracht und sorgen dafür, dass die Auswahl des Leistungsmaximums von nun an nicht mehr am Wechselrichter, sondern am Modul selbst stattfindet. Dadurch fällt nur noch das verschattete Modul in seiner Leistung ab, jedoch keine weiteren Module, die mit ihm verschaltet sind. Besonders effektiv sind Leistungsoptimierer bei horizontalen Schatten oder bei Schattenwürfen, die beispielsweise durch Masten verursacht werden.

Was mache ich bei dauerhaft verschatteten Modulen?

Sollten Teile Ihrer Solaranlage dauerhaft verschattet sein, hilft auch das beste Schattenmanagement und Maximum Power Point Tracking nicht wirklich weiter. Stattdessen sollten Sie in solch einem Fall darauf achten, dass die verschatteten und nicht verschatteten Modulbereiche am Wechselrichter separiert werden. So lassen sich Ertragsminderungen bei einer dauerhaften Verschattung ganz einfach vorbeugen.

Fazit: Mit MPP-Tracking zum maximalen Solarertrag

Das Maximum Power Point Tracking ist ein durchaus technischer, aber doch ungemein wichtiger Aspekt, wenn man sich mit dem Thema Solaranlage beschäftigt. Schließlich sorgt das MPP-Tracking dafür, dass die Solaranlage unabhängig von äußeren Einflüssen – wie Sonneneinstrahlung und Temperatur – stets an ihrem Leistungsmaximum betrieben werden kann. Das bedeutet auch: Je besser das MPP-Tracking funktioniert, desto mehr Solarstrom kann Ihre Solaranlage produzieren. Als Besitzer*in einer Solaranlage müssen Sie sich dabei im Normalfall nicht selbst um das MPP-Tracking kümmern. Denn mit der richtigen Anlagenplanung, dem passenden Wechselrichter und möglichen Leistungsoptimierern arbeitet Ihre Anlage quasi fast von alleine an ihrem Leistungsmaximum. Für Sie heißt es dann nur noch Füße hochlegen und sich über den zusätzlichen Solarertrag freuen.

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