Ein MPPT-Tracker regelt den elektrischen Arbeitspunkt eines PV-Generators so, dass dieser unter den aktuellen Einstrahlungs- und Temperaturbedingungen möglichst viel Leistung bereitstellt. MPPT steht für „Maximum Power Point Tracking“, also die kontinuierliche Suche nach dem Punkt maximaler Leistung auf der Strom-Spannungs-Kennlinie. Der Tracker ist normalerweise eine im Wechselrichter oder in einem DC/DC-Wandler umgesetzte Regelungsfunktion und kein separates Gerät.

MPPT-Tracker auf einen Blick

• Ein MPPT-Tracker passt den elektrischen Arbeitspunkt des PV-Generators fortlaufend an, um eine möglichst hohe Leistung zu erzielen.
• Mehrere Tracker ermöglichen den unabhängigen Betrieb von Modulgruppen mit unterschiedlichen elektrischen und räumlichen Bedingungen.
• Ein MPPT-Tracker ist nicht zwingend einem einzelnen Stringeingang zugeordnet. Mehrere Eingänge können mit demselben Tracker verbunden sein.
• MPPT-Spannung, MPPT-Strom und DC-Leistung liefern wichtige Informationen für die Überwachung und Fehleranalyse einer PV-Anlage.

Wie funktioniert Maximum Power Point Tracking?

Die elektrische Leistung eines PV-Generators ergibt sich aus dem Produkt von Spannung und Strom. Beide Größen hängen unter anderem von der Sonneneinstrahlung, der Modultemperatur, der Verschattung und den elektrischen Eigenschaften der angeschlossenen Module ab. Deshalb verändert sich der optimale Arbeitspunkt im Tagesverlauf kontinuierlich.

Der Wechselrichter beeinflusst über seine Leistungselektronik die DC-Spannung und damit den Strom der angeschlossenen PV-Strings. Je nach eingesetztem MPPT-Verfahren verändert oder bewertet der Algorithmus den Arbeitspunkt und ermittelt aus Spannung, Strom und deren Veränderungen, in welcher Richtung eine höhere Leistung zu erwarten ist. Zu den verbreiteten Verfahren gehören beispielsweise „Perturb and Observe“ und „Incremental Conductance“.

Die Regelung versucht, den Maximum Power Point (MPP) auf der aktuellen Leistungskennlinie zu finden und ihm bei veränderten Betriebsbedingungen zu folgen. Bei weitgehend gleichmäßiger Einstrahlung und elektrisch homogenen Modulgruppen weist die Kennlinie üblicherweise ein eindeutiges globales Maximum auf. Teilverschattung kann dagegen mehrere lokale Maxima verursachen und die Suche nach dem globalen Maximum erschweren.

Mehrere DC-Eingänge bedeuten nicht automatisch, dass ein Wechselrichter über ebenso viele unabhängige MPPT-Tracker verfügt. Sind mehrere Strings an denselben Tracker angeschlossen, arbeiten sie mit derselben MPPT-Spannung. Ihre Modulanzahl, Ausrichtung und elektrischen Eigenschaften sollten deshalb zueinander passen.

Typische Anwendungen mehrerer MPPT-Tracker

Mehrere unabhängige MPPT-Tracker sind insbesondere bei PV-Anlagen mit unterschiedlich aufgebauten Teilgeneratoren relevant:

• Auf Ost-West-Dächern können die beiden Dachseiten unabhängig voneinander betrieben werden, da ihre höchsten Einstrahlungswerte zu unterschiedlichen Tageszeiten auftreten.
• Modulflächen mit verschiedenen Neigungen oder Verschattungsverläufen lassen sich getrennten Trackern zuordnen, damit ungünstige Betriebsbedingungen einer Gruppe die übrigen Gruppen möglichst wenig beeinflussen.
• Bei größeren Anlagen können verschiedene Dachflächen oder Teilgeneratoren getrennt überwacht werden, sofern der Wechselrichter entsprechende Messwerte bereitstellt.

Nutzen, Grenzen und technische Voraussetzungen

Maximum Power Point Tracking verbessert die Energieausbeute, weil der PV-Generator nicht dauerhaft mit einem festen Arbeitspunkt betrieben wird. Mehrere Tracker schaffen zusätzliche Flexibilität bei der Anlagenplanung und können Verluste durch unterschiedliche Betriebsbedingungen begrenzen.

Die Wirksamkeit hängt von der Auslegung der PV-Strings sowie vom zulässigen Spannungs- und Strombereich des Wechselrichters ab. Die Stringspannung muss während des Betriebs innerhalb des vorgesehenen MPPT-Spannungsbereichs liegen. Die im Datenblatt angegebene Startspannung bezeichnet dagegen die Spannung, ab der der Wechselrichter seinen Betrieb aufnehmen kann. Sie ist nicht zwingend mit der unteren Grenze des MPPT-Arbeitsbereichs identisch. Werden zulässige Eingangsströme oder Spannungen überschritten, kann der Wechselrichter den PV-Generator nicht ordnungsgemäß betreiben.

Für das Monitoring sind insbesondere MPPT-Spannung, MPPT-Strom und DC-Leistung relevant. Abweichungen zwischen vergleichbaren Trackern können auf Verschattung, Verschmutzung, Stringausfälle, Verkabelungsfehler oder Modulprobleme hinweisen. Rohleistungen lassen sich jedoch nur direkt vergleichen, wenn die angeschlossenen Teilgeneratoren eine vergleichbare installierte Leistung und ähnliche Betriebsbedingungen besitzen. Andernfalls sind normierte Kennzahlen oder erwartungsbasierte Vergleichswerte erforderlich.

MPPT-Monitoring mit EcoPhi

EcoPhi kann die über die Wechselrichterschnittstelle verfügbaren MPPT- und Stringdaten erfassen, visualisieren und historisch auswerten. Durch den Vergleich technisch ähnlicher Tracker lassen sich auffällige Leistungsunterschiede erkennen und über definierte Schwellwerte alarmieren. Bei unterschiedlich großen Teilgeneratoren sind dafür normierte oder erwartungsbasierte Vergleichswerte erforderlich.

Welche Messwerte in welcher zeitlichen Auflösung verfügbar sind, hängt vom Wechselrichter, seiner internen Messtechnik, der Registerbelegung und der konkret implementierten Kommunikationsschnittstelle ab. Stellt das Gerät nur zusammengefasste DC-Werte bereit, ist keine getrennte Auswertung einzelner Tracker oder Strings möglich.

MPPT-Tracker zusammengefasst

Ein MPPT-Tracker passt den elektrischen Arbeitspunkt eines PV-Generators laufend an die aktuellen Betriebsbedingungen an. Mehrere unabhängige Tracker erleichtern den Betrieb unterschiedlich aufgebauter Modulgruppen. Die verfügbaren MPPT- und Stringmesswerte können zugleich eine wichtige Grundlage für die Fehlererkennung im PV-Monitoring bilden.

Häufige Fragen zu MPPT-Trackern

Ist ein MPPT-Tracker dasselbe wie ein Stringeingang?

Nein. Ein Wechselrichter kann mehrere Stringeingänge besitzen, die demselben MPPT-Tracker zugeordnet sind. Diese Strings werden dann mit einer gemeinsamen MPPT-Spannung betrieben.

Warum haben Wechselrichter mehrere MPPT-Tracker?

Mehrere Tracker ermöglichen es, PV-Modulgruppen mit unterschiedlichen elektrischen oder räumlichen Bedingungen unabhängig voneinander zu regeln. Dadurch können beispielsweise verschiedene Dachflächen jeweils in einem geeigneten Arbeitspunkt betrieben werden.

Woran erkennt man einen fehlerhaften PV-String?

Ein fehlerhafter PV-String kann durch auffällige Abweichungen bei Strom oder Leistung gegenüber technisch vergleichbaren Strings erkannt werden, sofern Messwerte auf Stringebene verfügbar sind. Werden mehrere Strings nur gemeinsam über einen MPPT-Tracker erfasst, lässt sich anhand der Trackerwerte zwar eine Abweichung feststellen, der betroffene String jedoch nicht eindeutig bestimmen. Unterschiede bei Ausrichtung, Verschattung, installierter Leistung und Betriebsbedingungen müssen bei der Bewertung berücksichtigt werden.

Ist ein MPPT-Tracker mit einem Leistungsoptimierer vergleichbar?

Nicht direkt. Der MPPT-Tracker eines Wechselrichters regelt den Arbeitspunkt eines angeschlossenen Teilgenerators. Leistungsoptimierer können ebenfalls eine eigene Arbeitspunktregelung verwenden, setzen diese jedoch dezentral auf Modul- oder Teilmodulebene um.