MPP-Tracker: bestmögliche PV-Leistung

Eine Photovoltaikanlage ist im Hinblick auf Stromstärke und Spannung Schwankungen unterworfen. Ohne Ausgleich würde der Ertrag der Anlage hinter den Möglichkeiten zurückbleiben. Aus diesem Grund werden MPP-Tracker eingesetzt: Um trotz solcher Schwankungen den Punkt zu ermitteln, an dem eine PV-Anlage die größtmögliche Leistung erbringen kann, und um die entsprechenden Bedingungen herzustellen. Erfahren Sie hier mehr über die Funktionsweise. 

Was genau ist ein MPP-Tracker?

Die Abkürzung „MPP“ steht für „Maximum Power Point“, zu Deutsch ungefähr „Punkt der größten Leistung“. Damit eine PV-Anlage die bestmögliche Leistung und damit den höchstmöglichen Stromertrag liefern kann, wird stets der MPP angestrebt. Der MPP-Tracker überwacht zu diesem Zweck fortwährend die von den Solarmodulen erzeugte Strommenge und berechnet den MPP kontinuierlich neu. Der MPP-Tracker in der PV-Anlage reguliert dann den Lastwiderstand, um so den optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. 

Bei netzgekoppelten PV-Anlagen ist der MPP-Tracker in aller Regel im Solar-Wechselrichter verbaut – er muss also nicht zusätzlich installiert werden. Bei autarken Solarsystemen ist hingegen die Nutzung eines Ladereglers sinnvoll – hier kommt neben dem PWM-Laderegler auch ein MPPT-Laderegler in Betracht. 

So reagiert der MPP-Tracker auf Schwankungen des Maximum Power Points

Die Leistung, die eine Photovoltaikanlage erbringen kann, entspricht dem Produkt aus der Stromstärke (I) und der Spannung (U). Diese unterliegen jedoch Schwankungen. Bei höherer Sonneneinstrahlung steigt die Stromstärke, was grundsätzlich eine höhere Leistung der Anlage ermöglicht. Gleichzeitig wärmen sich jedoch auch die Solarmodule auf, die einzelnen Solarzellen erhitzen sich. Dadurch sinkt die Spannung ab. So kann es dazu kommen, dass trotz hoher Sonneneinstrahlung aufgrund des Spannungsabfalls nicht die optimale Leistung erzielt wird. 

Hier schafft der MPP-Tracker Abhilfe: Er ermittelt auf Basis der derzeitigen Stromstärke und Spannung, wo genau der Punkt der größten Leistung liegt, und passt das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung so an, dass die PV-Anlage möglichst effizient arbeitet – das heißt, den besten Wirkungsgrad erreicht. Dazu reguliert der MPP-Tracker in der PV-Anlage mithilfe des Lastwiderstands die Spannung in den Modulen. Die Eingangsspannung bezeichnet dabei die Spannung in Gleichstrom, die Ausgangsspannung hingegen die Spannung in Wechselstrom, die vom Wechselrichter ausgegeben wird.  

Aufbau und Funktionsweise des MPP-Trackers

In der Photovoltaik ist ein MPP-Tracker meist mit einem Microcontroller ausgestattet – das ist in nahezu allen modernen Wechselrichtern und Ladereglern der Fall. Dieser Microcontroller übernimmt die sogenannte „adaptive Regelung“, passt sich also fortlaufend an die aktuellen Gegebenheiten an. Auf Basis der vorliegenden Informationen über Stromstärke und Spannung schaltet der Microcontroller den Wechselrichter ein oder aus und reguliert so die Ein- und Ausgangsspannung. 

Die Entscheidung, ob der Wechselrichter ein- oder ausgeschaltet wird, basiert auf einem Sollwert. Nimmt der MPP-Tracker eine Anpassung vor, wird das Ergebnis sofort überprüft: Steigert sich dadurch die Leistung, wird die Anpassung in gleicher Richtung fortgesetzt – und zwar so lange, bis sich die Leistung nicht mehr verbessert. An diesem Punkt ist der Maximum Power Point erreicht, und der MPP-Tracker passt den Sollwert nun in die entgegengesetzte Richtung an, bis erneut der MPP gefunden wird. 

Diese konstante Anpassung wird über eine Software mit einem bestimmten Algorithmus vorgenommen. Auf diese Weise wird ein Solarmodul bzw. ein String aus mehreren Modulen so lange und nahe am MPP betrieben wie möglich – und der Ertrag an Solarstrom steigt. 

Diese Verfahren nutzen MPP-Tracker, um Photovoltaik effizient zu machen

Die folgenden drei Verfahren sind unterschiedliche Herangehensweisen, die jedoch dasselbe Ziel verfolgen: den Wirkungsgrad einer PV-Anlage so hoch wie möglich zu halten. 

• Spannungserhöhungsverfahren: In diesem Verfahren wird mithilfe des MPP-Trackers die Spannung in den Solarmodulen schrittweise erhöht. Sobald es zu einem Leistungsabfall kommt, der MPP also überschritten ist, wird die Spannung wieder reduziert. 
• Lastsprungverfahren: Bei diesem Verfahren verändert der Regler in kleinen Abständen die Belastung der Solarzellen. Diese kleinen Abstände werden „Lastsprünge“ genannt. Anschließend wird die erreichte Leistung gemessen. Ist diese höher als zuvor, wird die Belastung in derselben Richtung erneut angepasst, und zwar so lange, bis die gemessene Leistung kleiner ist – dann wird die Belastung reduziert, bis erneut ein Leistungsabfall zu verzeichnen ist. Dieses Verfahren ermöglicht allerdings nur eine ungefähre Annäherung an den MPP. 
• Schattenmanagement: Dieses Verfahren ist eine zusätzliche Funktion, die der Findung des globalen MPP in einem String von Modulen dient. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn einige Module verschattet sind. Ohne Schattenmanagement würde ein MPP-Tracker mit hoher Wahrscheinlichkeit nur einen lokalen MPP finden, obwohl eine weitere Leistungssteigerung für den gesamten String erreicht werden könnte. Moderne Wechselrichter sind heutzutage meist schon mit einer Option für das Schattenmanagement ausgestattet. Diese ersetzt aber nicht das fortlaufende MPP-Tracking.

Zu beachten: Ein MPP-Tracker kann stets nur einen Maximum Power Point ermitteln. Insbesondere bei häufigen Teilverschattungen ist das ungünstig, da – wie bereits im Schattenmanagement beschrieben – weitere und günstigere MPPs vorhanden sein könnten. Hier kann sich die Investition in Wechselrichter mit zwei oder drei MPP-Trackern lohnen, die mehrere Maximum Power Points ermitteln können. Sie sind unter den Bezeichnungen „2-MPP-Tracker“ bzw. „3-MPP-Tracker“ erhältlich.