Wie gut ist die MPP Regelung meines Photovoltaikwechselrichters?

In diesem Artikel, der sich in erster Linie an technisch interessierte Leser richtet, geht es um die Qualität der MPP Regelung von Photovoltaik-Wechselrichtern und wie man die Qualität der Regelung mit ganz einfachen Mitteln überprüfen kann.

Einführung ins Thema
Zur Erinnerung: Der MPP Regler des Wechselrichters (MPP steht für Maximum Power Point oder Punkt maximaler Leistung) dient dazu, dass der Wechselrichter dem Solargenerator zu jeder Zeit die maximal mögliche elektrische Leistung entnimmt. Liegt am Wechselrichter nur eine Gleichspannung an, es fließt aber kein Strom, ist die Leistung genauso gleich Null, wie im umgekehrten Fall, wenn man den Solargenerator kurzschließt und der maximale Strom – bei einer Spannung von Null Volt – fließt. Irgendwo dazwischen ist das Produkt aus Strom und Spannung maximal und der Solargenerator liefert die maximale Leistung. Diese Leistung variiert im Verlaufe eines Tages natürlich mit der Einstrahlung. Der zweite Einflussfaktor ist die Temperatur der Solarmodule. Beide Faktoren erzwingen ein ständiges “Nachregeln” der optimalen Gleichspannung die vom Solargenerator geliefert wird. Diese Aufgabe übernimmt der MPP Regler des Wechselrichters und er macht dies mal besser und mal schlechter. Im Datenblatt der Geräte findet man den sogenannten Anpassungswirkungsgrad. Dieser Wert soll angeben wie gut ein Gerät den tatsächlichen MPP eines Solargenerators, also die Spannung bei der man die maximale Leistung entnehmen kann, tatsächlich findet. Es ist also keineswegs sicher, dass der Wechselrichter automatisch immer die maximal mögliche Leistung entnimmt. Es kann durchaus zu Fehlanpassungen kommen, bei denen der Wechselrichter zwar arbeitet und Strom einspeist aber eben weniger als er maximal könnte. Der technische Laie wird davon in aller Regel nichts bemerken. Lediglich ein Vergleich der Energieerträge mit denen einer vergleichbaren anderen Anlage, könnte eventuell einen Hinweis liefern, dass etwas nicht stimmt.
Aufmerksam wurde die Photovoltaikgemeinde auf das Thema MPP Regelung vor einiger Zeit, als der Marktführer SMA plötzlich mit einem neuen MPP Regler zu werben begann, den man mit dem griffigen Titel “Global Peak” Regelung anpries. Was für den Laien zunächst wie eine tolle neue Funktion aussah, war für mich eher ein Schock. Es war letztendlich das Eingeständnis vom Marktführer SMA, dass man in der Vergangenheit Wechselrichter verkauft hatte, die nicht dazu in der Lage waren einen relativen MPP von einem absoluten zu unterscheiden. Dazu muss man wissen, dass es insbesondere bei Teilverschattung von Solargeneratoren zu mehreren Höckern in der Leistungs-Spannungs-Kennlinie der Generatoren kommt. Das bedeutet, dass es mehrere Teilmaxima auf der Leistungs-Spannungskennlinie gibt. Ein guter Wechselrichter kann ein Teilmaximum von einem absoluten Maximum dadurch unterscheiden, dass er ab und zu einmal die komplette Kennlinie von der Leerlaufspannung (Uoc) bis zur Mindest MPP-Spannung (Umppmin) durchläuft und sich anschließend auf den Spannungspunkt mit der maximalen Leistung setzt. Geräte die das nicht tun, bleiben bei einsetzender Teilverschattung mitunter auf einem Teilmaximum hängen und verschenken so einen beträchtlichen Teil der angebotenen Sonnenenergie. Dass dies bei SMA Wechselrichtern der Fall war, war insofern besonders erstaunlich, da man seit Jahren Wechselrichter mit einem extrem großen Gleichspannungsfenster verkaufte. (z.B. SMA SB 5000TL mit einem DC Spannungsbereich von 150-750V) Derart große Eingangs-Spannungsbereiche verschlechtern natürlich den Wirkungsgrad des Wechselrichters und machen nur Sinn, bei Dächern, die ab und zu von Teilverschattung betroffen sind.  Bei unverschatteten Dächern benötigt man einen wesentlich geringeren Eingangspannungsbereich. Bei Teilverschattung ist es jedoch besonders wichtig, dass der Wechselrichter die Spannung reduzieren kann um die verschatteten Module über die Bypassdioden zu überbrücken. Er muss also dazu in der Lage sein, den absoluten MPP, den “Global Peak” zu finden. Aus dieser Überlegung heraus klang die Ankündigung von SMA “jetzt” über diese Technik zu verfügen, wie die eines Autoherstellers, der mit großer Werbetrommel ankündigt, ab sofort Autos mit vier Rädern anstatt die mit drei auszuliefern… Im gleichen Jahr hörte ich auf dem Photovoltaiksymposium auf Kloster Banz von den Leuten vom Fraunhofer ISE in Freiburg, man habe bei einigen Wechselrichtern unterschiedlicher Hersteller, durch kleine Veränderungen an der Wechselrichtersoftware deutliche Ertragsverbesserungen bei den Geräten erzielen können. Die Performance konnte insbesondere bei teilverschatteten Dächern deutlich gesteigert werden. Es hatte sich also erst jetzt in der gesamten Branche herumgesprochen, wie man einen guten MPP Regler programmiert. Bei den meisten gut besonnten Dächern fiel und fällt dieses Defizit nicht weiter ins Gewicht, da es schlicht keine relativen Maxima auf solchen Generatoren gibt. Bei den kleinen Hausdachanlagen mit der Gaupe, die immer mal wieder scharfe Schlagschatten auf die Module wirft hingegen, kommt es durch einen mangelhaften MPP Regler zu nicht unerheblichen Einbußen.

Den eigenen MPP Regler überprüfen
Wenn Sie sich als Betreiber einer gelegentlich teilverschatteten Photovoltaikanlage nun dafür interessieren ob Ihr Wechselrichter bereits auf dem neusten Stand der Dinge ist oder ob der MPP Regler auf einem Teilmaximum festhängt, können Sie dies ganz leicht feststellen. Zumindest, wenn Sie über ein Datenerfassungssystem (Datenlogger) verfügen. Schauen Sie sich dazu einfach einen Tagesverlauf eines sonnigen Tages an und blenden Sie neben der eingespeisten Leistung noch die Spannung am Solargenerator ein. Beobachten Sie nun wie der Spannungsregler des Wechselrichters bei einsetzender Teilverschattung reagiert.

Wechselrichter die das absolute Leistungsmaximum finden

Bild 1 zeigt einen Wechselrichter, der das MPP Tracking auch bei Teilverschattung beherrscht (String 2 ist unverschattet, String 1 ist teilverschattet). Die Spannung von String 1 (rot) wird soweit herunter geregelt, bis alle verschatteten Module durch ihre Bypassdioden überbrückt sind. Am Spannungsverlauf von String 2 (grün) kann man übrigens schön erkennen, wie die Spannung am Solargenerator der Modultemperatur im Tagesverlauf folgt. Am Morgen ist es kühler, die MPP-Spannung ist höher, um die Mittagszeit ist es am wärmsten und die MPP-Spannung ist am niedrigsten. Gegen späten Nachmittag steigt die MPP Spannung dann wieder an.

Wechselrichter mit mangelhafter MPP Regelung

Bild 2 zeigt hingegen einen Wechselrichter, der das MPP-Tracking bei Teilverschattung nicht beherrscht. Der Wechselrichter zieht die Spannung nicht nach unten, sondern entlastet den Solargenerator und setzt sich auf ein Teilmaximum der Leistungs-Spannungskennlinie. Die rote Leistungskurve des teilverschatteten Stranges geht fast bis auf Null zurück.

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2 Kommentare zu “Wie gut ist die MPP Regelung meines Photovoltaikwechselrichters?

  1. Klasse Artikel, das sollten nun sowohl „technische“ Laien, Praktikanten oder auch Diplomanten verstehen …;-)….Könnte mir vorstellen, daß man allein daraus für ein potentielles PV-Labor eine wunderschöne Labor-Meßünbung machen könnte….

    sonnige Grüße

    AE

  2. Technisch Klasse und verständlich erklärt. Habe zu einem ähnlichen Thema erst vor kurzem einen Gastvortrag an der technischen Uni gehört. An welchem Tag war denn der sonnige Tag? Bei uns hier im Norden ist seit Wochen Regen 😉
    LG aus Hamburg

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