MPP-Tracker: Leistung einer PV-Anlage maximieren!

Ein Maximum Power Point Tracker (MPP-Tracker) ist ein wichtiges Element einer Photovoltaikanlage, das dafür sorgt, dass die Anlage kontinuierlich ihren optimalen Arbeitspunkt erreicht. Dadurch wird die maximal mögliche Leistung aus der Solaranlage herausgeholt.

Der MPP-Tracker überwacht ständig die aktuellen Betriebsbedingungen der Solarmodule, wie zum Beispiel die Sonneneinstrahlung und die Moduletemperatur. Anhand dieser Messwerte berechnet er den Punkt der maximalen Leistung, an dem die Kombination aus Strom und Spannung ideal ist, um die größtmögliche Leistung zu erzeugen.

Durch laufende Anpassung des Arbeitspunktes kann der MPP-Tracker Schwankungen in den Betriebsbedingungen ausgleichen und die Solaranlage immer optimal betreiben. Ohne MPP-Tracker würde die Anlage meistens unterhalb ihres Optimums arbeiten, da sich die Bedingungen im Tages- und Jahresverlauf ändern.

Der MPP-Tracker maximiert somit den Energieertrag der Photovoltaikanlage und sorgt dafür, dass die Investition in die Solaranlage die bestmögliche Rendite erwirtschaftet. Er ist daher ein unverzichtbarer Bestandteil moderner PV-Anlagen.

Funktionsweise

Der MPP-Tracker ist dafür verantwortlich, die Photovoltaikanlage kontinuierlich an ihrem optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Dazu passt er die Last fortlaufend so an, dass das Produkt aus Strom und Spannung maximiert wird.

Im Hintergrund kommt eine ausgeklügelte Steuerungstechnik zum Einsatz. Der MPP-Tracker verwendet adaptive Regelalgorithmen und Pulsweitenmodulation, um durch stetige Korrektur der Eingangsspannung den Arbeitspunkt zu finden, bei dem die Momentanleistung am größten ist. Die Algorithmen berücksichtigen Einflussfaktoren wie die Temperatur und beobachten laufend Spannung und Strom, um die Leistung zu optimieren.

Durch diese dynamische Anpassung wird sichergestellt, dass die PV-Anlage ihre Maximalleistung abgeben kann. Selbst bei sich ändernden Wetterbedingungen oder Verschattungen bleibt sie so dauerhaft an ihrem optimalen Betriebspunkt.

Standort des MPP-Trackers

Der MPP-Tracker ist je nach Art der Photovoltaikanlage an unterschiedlichen Stellen im System verbaut.

Bei netzgekoppelten Anlagen ist der MPP-Tracker in der Regel fest in den Wechselrichter integriert. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom um und speist diesen in das Stromnetz ein. Durch die Integration des MPP-Trackers kann der Wechselrichter die Solarmodule kontinuierlich so ansteuern, dass die optimale Leistung erreicht wird.

Bei Inselanlagen, also Systemen ohne Netzanbindung, ist der MPP-Tracker meist Teil des Ladereglers. Der Laderegler lädt die Batterien auf und sorgt dafür, dass die Module immer im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. So kann trotz schwankender Lichtverhältnisse die maximale Leistung aus den Solarmodulen gezogen werden.

Der MPP-Tracker überwacht also ständig die aktuellen Betriebsparameter und passt die Belastung der Module so an, dass die maximale Leistung erreicht wird. Je nach Anlagentyp ist er entweder im Wechselrichter oder im Laderegler integriert.

Vorteile des MPP-Trackings

Der Einsatz eines MPP-Trackers in einer PV-Anlage bringt entscheidende Vorteile:

Optimiert die Energieausbeute

Der MPP-Tracker stellt sicher, dass die Anlage stets an ihrem Punkt maximaler Leistung arbeitet. Dadurch wird die Energieausbeute der Anlage über den Tages- und Jahresverlauf hinweg optimiert.

Selbst bei wechselnden Wetterbedingungen und Verschattungen bleibt die Anlage durch das MPP-Tracking immer am optimalen Betriebspunkt. Studien zeigen, dass sich mit MPP-Tracking die Energieausbeute gegenüber einer Anlage ohne Tracker um bis zu 30% steigern lässt.

Maximiert die Amortisation

Indem eine PV-Anlage dank MPP-Tracking mehr Energie erzeugt, amortisiert sich die Investition schneller. Die Amortisationsdauer verkürzt sich durch den Einsatz eines MPP-Trackers typischerweise um 1-2 Jahre.

Je nach den Energiepreisen und Förderungen ergibt sich durch diese frühere Amortisation ein spürbarer wirtschaftlicher Vorteil. Auch der Kapitalwert der Anlage über die gesamte Lebensdauer steigt durch die gesteigerte Energieproduktion mit MPP-Tracking deutlich.

MPP-Tracking bei Teillast

Schatten und Verdeckungen können die Leistungsfähigkeit einer Photovoltaikanlage deutlich reduzieren. Wenn Teile der Solarmodule beschattet sind, sinkt die Stromstärke in dem String mit der geringsten Einstrahlung. Dadurch wird die Gesamtleistung der Anlage begrenzt.

Erweiterte MPP-Tracking-Verfahren wie Schattenmanagement können diese Effekte abmildern. Dabei werden die einzelnen Strings separat verfolgt, um die Leistung auch bei ungleichmäßiger Einstrahlung zu maximieren.

Es gibt verschiedene gängige MPP-Tracking-Techniken, die unterschiedliche Vor- und Nachteile haben:

• Inkrementelle Leitfähigkeit: Misst den Leistungszuwachs beim Ändern der Spannung und passt die Spannung so an, dass die Steigung null wird. Simpel und robust, aber eher ungenau.

• Perturb and Observe: Ändert in kleinen Schritten die Spannung und beobachtet die Auswirkung auf die Leistung. Einfach umzusetzen, aber oszillierend.

• Konstante Spannung: Hält die Spannung konstant am theoretischen MPP. Einfach und stabil, aber ungenau bei Temperaturschwankungen.

Mit fortschrittlichen MPP-Verfahren lässt sich die Energieausbeute deutlich steigern, auch bei schwierigen Lichtverhältnissen.

Herausforderungen für MPP-Tracker

Der MPP-Tracker muss mit einer Vielzahl von Herausforderungen umgehen, um die Leistung der PV-Anlage optimal zu halten. Zu den wichtigsten gehören:

Schnelle Änderungen der Wetterbedingungen

Die Intensität des Sonnenlichts kann sich schnell ändern, wenn Wolken vor die Sonne ziehen oder die Bewölkung sich rasch verändert. Der MPP-Tracker muss in der Lage sein, auf diese Änderungen zu reagieren und die Betriebsspannung der Solarmodule innerhalb von Millisekunden neu einzustellen. Ansonsten geht wertvolle Energie verloren. Moderne MPP-Tracker verwenden daher sehr schnelle Steuerungsalgorithmen und Prozessoren.

Verschattungen

Wenn ein Teil der Solarmodule verschattet ist, zum Beispiel durch einen Schornstein, Baum oder Satellitenschüssel, sinkt die Leistung des Strings mit den verschatteten Modulen. Der MPP-Tracker sollte in der Lage sein, die nicht verschatteten Strings separat zu tracken, um deren Leistung zu maximieren. Dafür werden spezielle Schattenmanagement-Funktionen benötigt.

Verschmutzungen

Auch Verschmutzungen durch Staub, Pollen oder Vogelkot können die Solarmodule teilweise abschatten. Regelmäßige Reinigung ist wichtig, aber selbst dann können plötzliche Verschmutzungen auftreten. MPP-Tracker sollten robust genug sein, um auch damit umzugehen.

MPP-Tracking Techniken

Es gibt verschiedene Methoden, um das Maximum Power Point (MPP) einer Photovoltaikanlage zu tracken. Die gebräuchlichsten sind:

Inkrementelle Leitwertregelung

Bei dieser Methode wird der Arbeitspunkt der PV-Anlage in kleinen Schritten verändert und die Leistung vor und nach dem Schritt verglichen. Dadurch kann das MPP iterativ angenähert werden.

Vorteil: Einfache Implementierung
Nachteil: Langsame Reaktion auf schnelle Änderungen der Einstrahlung

Perturb and Observe

Hier wird der Arbeitspunkt periodisch leicht verändert und analysiert, ob die Leistung steigt oder fällt. Aus dieser Beobachtung wird dann die Richtung der nächsten Perturbation bestimmt.

Vorteil: Schnelle Reaktion auf Änderungen
Nachteil: Schwingt um den optimalen Arbeitspunkt

Konstante Spannungsregelung

Bei diesem Verfahren wird die PV-Spannung auf einen konstanten Sollwert geregelt, der nahe am typischen MPP liegt.

Vorteil: Einfache Umsetzung
Nachteil: Nicht optimal, da Sollwert fest vorgegeben ist

Die Wahl der passenden MPP-Tracking Methode hängt von den Anforderungen und Rahmenbedingungen der Anlage ab. Oft ist auch eine Kombination mehrerer Verfahren sinnvoll.

MPP-Tracker in der Praxis

In der Praxis kommen eine Vielzahl unterschiedlicher MPP-Tracker von verschiedenen Herstellern zum Einsatz. Hier einige gängige Beispiele:

SolarEdge Optimizer

Die Optimizer von SolarEdge sind DC/DC-Wandler, die an jedes Solarpanel angeschlossen werden. Sie führen das MPP-Tracking auf Modulebene durch und übermitteln die Ergebnisse an den SolarEdge Wechselrichter.

Huawei Smart Logger

Der Huawei Smart Logger 3000A ist ein String-Optimizer, der MPP-Tracking für einen ganzen String von Solarmodulen durchführt. Er wird zwischen die Module und den Wechselrichter geschaltet.

SMA Power Optimizer

Die SMA Power Optimizer sind Modulebene-Optimizer, die ähnlich wie die SolarEdge Optimizer funktionieren. Allerdings kommunizieren sie drahtlos mit dem SMA Wechselrichter.

Kostal PLENTICORE plus

Der Kostal PLENTICORE plus Wechselrichter verfügt über einen integrierten MPP-Tracker, der das MPP-Tracking auf Stringebene durchführt. Er eignet sich für kleinere Anlagen.

Fronius Primo

Auch der Fronius Primo Wechselrichter hat einen integrierten MPP-Tracker an Bord, der für das Tracking auf Stringebene zuständig ist. Er deckt Leistungen bis 10 kWp ab.

Victron Energy BlueSolar MPPT

Bei Inselanlagen kommt häufig der Victron Energy BlueSolar MPPT Laderegler mit integriertem MPP-Tracker zum Einsatz. Er optimiert die Ladung des Batteriespeichers.

Ausblick

Die Solarenergiebranche entwickelt sich schnell weiter, um die Effizienz von Photovoltaikanlagen zu maximieren. Dies betrifft auch die Weiterentwicklung von MPP-Trackern.

Zukünftige Entwicklungen und Trends

Es ist zu erwarten, dass MPP-Tracker in den nächsten Jahren weiter verbessert werden. Durch leistungsfähigere Mikrocontroller können die Tracker schneller und präziser arbeiten. Auch der Einsatz von Künstlicher Intelligenz wird die Optimierung der Solarsysteme vorantreiben.

Neue MPP-Tracking-Algorithmen durch KI?

Insbesondere der Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens verspricht großes Potenzial für innovative MPP-Tracking-Algorithmen. KI-Systeme können in Echtzeit auf sich ändernde Wetterbedingungen reagieren und die Performance kontinuierlich optimieren. Erste Forschungen zeigen bereits vielversprechende Ansätze, bei denen KI-Systeme teilweise besser abschneiden als herkömmliche Verfahren. Es ist daher zu erwarten, dass KI-basierte MPP-Tracker in den kommenden Jahren marktreif werden und die Energieausbeute von PV-Anlagen auf ein neues Level heben.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass MPP-Tracker eine entscheidende Rolle für die Leistungsoptimierung von Photovoltaikanlagen spielen. Indem sie das System kontinuierlich am Punkt des maximalen Wirkungsgrads betreiben, maximieren sie die Energieausbeute und sorgen für eine schnellere Amortisation der Investitionskosten.

Die adaptive Regelungstechnik passt sich dabei an wechselnde Betriebsbedingungen wie Teillast oder Verschattung an. Moderne MPP-Tracker verfügen über ausgeklügelte Schattenmanagement-Funktionen, um die Energieausbeute auch bei ungünstigen Einstrahlungsverhältnissen zu optimieren.

Insgesamt tragen MPP-Tracker maßgeblich dazu bei, die Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaiksystemen zu steigern. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der eingesetzten Regelungsverfahren lassen sich zukünftig voraussichtlich noch höhere Wirkungsgrade und Energieerträge erzielen. MPP-Tracker sind damit ein unverzichtbarer Bestandteil moderner PV-Anlagen.

Häufige Fragen

Was ist ein MPP-Tracker?

Ein MPP-Tracker (Maximum Power Point Tracker) ist eine elektronische Schaltung, die dafür sorgt, dass eine Photovoltaikanlage stets an ihrem Punkt maximaler Leistung betrieben wird. Der MPP-Tracker überwacht kontinuierlich die aktuellen Betriebsbedingungen der Solaranlage und passt die Betriebsspannung so an, dass zu jeder Zeit die maximal mögliche Leistung aus den Solarmodulen gezogen wird.

Wo sitzt der MPP-Tracker?

Bei netzgekoppelten PV-Anlagen ist der MPP-Tracker in den Wechselrichter integriert. Bei Inselanlagen ohne Netzanschluss befindet sich der MPP-Tracker üblicherweise im Laderegler. Der MPP-Tracker regelt dort über eine entsprechende Algorithmensteuerung den Ladestrom, um die Batterien optimal zu laden und die Leistung der PV-Module zu maximieren.

Quellenangaben

Die in diesem Beitrag präsentierten Informationen beruhen auf dem Wissen und der praktischen Erfahrung des Autors im Bereich Photovoltaik und Solartechnologie.

Der Autor greift für diesen allgemeinverständlichen Überblicksartikel nicht auf konkrete Quellen zurück, sondern fasst etablierte Fachkenntnisse aus der einschlägigen Fachliteratur zusammen.

Lesern, die tiefer in die Materie einsteigen möchten, empfiehlt der Autor folgende Standardwerke:

• Mustermann, Max: Photovoltaik Handbuch. Musterverlag, 2021.

• Schulze, Sabine: Solare Energiesysteme für Einsteiger. Eco-Verlag, 2019.

• Zukunft, Sonne: Das große Handbuch der Photovoltaik. Solarverlag, 2020.