MPP-Tracker: Optimieren Sie die Leistung Ihrer PV-Anlage

Auch wenn Sie sich für Photovoltaik interessieren, haben Sie vielleicht noch nie von einem MPP-Tracker gehört. Das ist nicht verwunderlich – denn das MPP-Tracking findet im Hintergrund statt. Dennoch spielt der Maximum Power Point (MPP) eine entscheidende Rolle für die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage. Wir erklären in diesem Beitrag, was MPP-Tracking ist und wie MPP-Tracker funktionieren.

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Was ist MPP-Tracking?

Bei einem Solarmodul bezeichnet der Maximum Power Point den Punkt, an dem das Modul seine maximale Leistung erbringt. Ausschlaggebend für die Leistung ist das Verhältnis zwischen der Stromstärke (I) und der Spannung (U) in der Solarzelle. Aus diesen zwei Werten errechnet sich der MPP:

Maximum Power Point = Stromstärke (I) x Spannung (U)

Stromstärke und Spannung schwanken ständig durch äußere Einflüsse wie Bewölkung, Verschattung und Temperaturveränderungen. So steigt die Stromstärke bei hoher Sonneneinstrahlung. Gleichzeitig steigt häufig auch die Modultemperatur, wodurch die Spannung in den Zellen abnimmt. Durch die schwankenden Werte verschiebt sich auch der MPP kontinuierlich. Das MPP Tracking zielt darauf ab, die PV-Anlage unabhängig von den äußeren Einflüssen immer möglichst nah am Punkt ihrer maximalen Leistung zu halten. 
 

Das Verhältnis von Leistung und Spannung in einem Solarmodul wird mit einer sogenannten I/U-Kennlinie darstellt. Der Maximum Power Point befindet sich in der Regel am Knickpunkt dieser Kurve. 

Wie funktioniert ein MPP-Tracker?

Ein MPP-Tracker ist eine kleine elektrische Einheit, die im Grunde wie ein adaptiver Regler funktioniert: Sie passt die Spannung im Solarmodul so an, dass seine Leistung möglichst nah am MPP ist. Die Solarzelle bzw. der Wechselrichter ist darauf ausgelegt, immer die maximale Leistung für die benötigte Last – also den jeweiligen Stromverbrauch im Haushalt – zu liefern.

Der MPP-Tracker besteht im Wesentlichen aus einem Microcontroller und einem sogenannten Gleichspannungswandler, auch DC/DC-Wandler genannt. Der Microcontroller misst ständig die Stromstärke und Spannung in den Solarzellen, um den jeweiligen MPP zu finden. Der DC/DC-Wandler gleicht die Schwankungen in der Stromstärke und Spannung aus, indem er seinen Widerstand anpasst und so die Spannung in der Solarzelle konstant hält. Die ständige Optimierung des Lastwiderstands sorgt dafür, dass die Solarzelle immer möglichst nah am MPP arbeitet. 
 

Wie wird ein MPP-Tracker integriert?

Bei heutigen Photovoltaikanlagen ist der MPP-Tracker meist in den PV-Wechselrichter integriert. Die elektrische Einheit besteht im Wesentlichen aus einem Gleichspannungswandler und einem Microcontroller. Der Gleichspannungswandler ist die Hardware, die die Spannung im Solarmodul durch Anpassung der Lastwiderstände verändert. Der Microcontroller ist eine mit Software versehene Hardwarekomponente, die Stromstärke und Spannung im Modul misst, nach dem jeweiligen MPP sucht und den Gleichspannungswandler steuert. 

Diese fortlaufende Anpassung bezeichnet man als „adaptive Regelung“. Die Entscheidung, wann der MPP-Tracker die Spannung anpasst, basiert auf Sollwerten, die für den Maximum Powert Point der Solarzelle festgelegt sind und der MPP-Tracker kontinuierlich überprüft.
 

Welche Methoden gibt es für das MPP-Tracking?

Für die Ermittlung des MPP nutzen MPP-Tracker unterschiedliche Verfahren. Am häufigsten wird das sogenannte Spannungserhöhungsverfahren eingesetzt. Dabei erhört der MPP-Tracker schrittweise die Spannung in den Solarmodulen. Sobald es zu einem Leistungsabfall kommt, weil der MPP überschritten wurde, reduziert der MPP-Tracker die Spannung wieder schrittweise, sodass die Solarzelle ständig um den Punkt der maximalen Leistung herum arbeitet.

Eine weitere Methode zur Optimierung der PV-Leistung ist das sogenannte Lastsprungverfahren. Dabei verändert der Microcontroller in kleinen Abständen die Spannung der Solarzellen und misst die erreichte Leistung. Ist die Leistung höher als zuvor, wird die Belastung der Zellen weiter angepasst. Dies passiert so lange, bis die erreichte Leistung in den Zellen kleiner wird. Ab diesem Punkt passt der Microcontroller die Spannung in die andere Richtung an – wieder so lange, bis erneut ein Leistungsabfall zu verzeichnen ist.

Wenn das MPP-Tracking nicht nur für ein Modul, sondern für mehrere, hintereinander geschaltete Solarmodule angewendet wird, wird meist zusätzlich das sogenannte Schattenmanagement in das MPP-Tracking integriert. Es sorgt dafür, dass der optimale MPP für alle Module ermittelt wird, auch wenn einige Module verschattet sind und daher eine deutlich geringere Stromstärke aufweisen als die unverschatteten Module. 
 

Wie entwickelt sich das MPP-Tracking in Zukunft?

Das Prinzip des MPP-Tracking gibt es schon länger. In modernen Photovoltaikanlagen wird es standardmäßig eingesetzt, in der Regel bereits als fester Bestandteil des PV-Wechselrichters. Daher müssen Sie sich bei der Planung Ihrer PV-Anlage normalerweise keine Gedanken um die Installation eines MPP-Trackers machen.

Mit der wachsenden Anzahl an Photovoltaikflächen und tendenziell größer werdenden Anlagen steigen auch die Anforderungen an das MPP-Tracking. Insbesondere das Schattenmanagement bei großen, teilweise verschatteten PV-Flächen ist eine Herausforderung für ein effizientes MPP-Tracking. Daher gibt es heute neben separaten und fest in den Wechselrichter integrierten MPP-Trackern auch Mehrfach-MPP-Tracker. Die sogenannten 2-MPP-Tracker und 3-MPP-Tracker werden künftig sicher noch häufiger für große und komplexe PV-Anlagen mit unterschiedlicher Ausrichtung und wechselnder Verschattung eingesetzt werden. Auch modul-optimierte MPP-Tracker sind bereits im Einsatz: Sie steuern die Leistung einzelner Module anstelle eines ganzen Strings und werden ebenfalls bei Anlagen mit sehr unterschiedlichen Lichtverhältnissen eingesetzt. 
 

Fazit

MPP-Tracking ist heute ein Standardverfahren in der Photovoltaik und trägt entscheidend dazu bei, die Stromerträge aus der Photovoltaikanlage zu optimieren. Mit größer und komplexer werdenden Anlagen steigen auch die Anforderungen an das MPP-Tracking – daher gibt es schon heute verschiedene Verfahren und MPP-Tracker, die den jeweils geltenden Bedingungen optimal gerecht werden.

Als Hausbesitzer und -besitzerin mit Interesse an einer PV-Anlage müssen Sie sich in der Regel aber keine Gedanken um den MPP-Tracker machen: Ihr Fachbetrieb wählt den passenden Wechselrichter für Ihre Anlage und Ihre Bedürfnisse aus und konfiguriert die Anlage so, dass sie an Ihrem Standort jeweils optimale Erträge liefert.