Jedes PV-Modul besitzt einen sogenannten Maximum Power Point (MPP), jenem Betriebspunkt, bei dem die verwendete Spannung die maximale Leistung erzielt. Die Daten der Module können deren Datenblatt entnommen werden.

Typische Werte eines Datenblattes könnten in etwas so aussehen:

Wo genau liegt der MPP eines PV-Moduls?

Die angeführte Leerlaufspannung steht auch bei schwachen Lichtverhältnissen zur Verfügung. Wird das Modul durch den Wechselrichter mit einem Widerstand belastet, sinkt die Spannung entsprechend und der Strom steigt. Bei idealen Bedingungen entspricht die Belastung dem MPP-Wert des Moduls, laut Datenblatt: Vmpp, im Beispiel: 40V und dem Strom: Impp, hier 10A. Würde der Wechselrichter das Modul mehr als bis zum Vmpp-Wert belasten, würde dessen Leistung wieder sinken. Bei maximaler Sonneneinstrahlung und optimaler Umgebungstemperatur liefert das Modul laut dem fiktiven Datenblatt also bei 40V: 10A, was P = U * I: 40*10 = 400 Watt Pmax. Außerhalb der optimalen Bedingungen weichen die Spannungs- und Stromwerte von den im Datenblatt angegebenen MPP-Werten (Vmpp und Impp) ab. Die Aufgabe eines MPP-Trackers ist es also den idealen Betriebspunkt, die ideale Spannung für die maximale Leistung zu ermitteln und das Modul im bestmöglichen Bereich zu betreiben.

Soweit so einfach, aber was, wenn mehrere Module in Serie geschaltet werden und der MPP der einzelnen Module durch eine Verschattung oder andere Einflüsse unterschiedlich ist?

Teilbeschattung: Leistungsoptimierer vs. Dynamic Peak Manager vs. Bypass-Dioden vs. Mikrowechselrichter?

Um besser mit einer Teilverschattung umgehen zu können besitzen heutige PV-Panels 3 Bypass-Dioden, welche Teile des Moduls deaktivieren können. Durch das Anpassen der String-Spannung schalten die Dioden durch und umgehen den verschatteten Teilbereich.

Nachdem der Wechselrichter den MPP anhand der Gesamtspannung aller in Serie geschalteten Module optimiert, könnte ein Panel mit einem unterschiedlichen MPP potenziell den kompletten String beeinflussen. 

Beim Optimieren der Strings, speziell bei Verschattung sind mir bei meinen Recherchen unterschiedliche Optimierungsansätze untergekommen. Bestimmte Hersteller, darunter Solar Edge verwenden für das Optimieren sogenannte Leistungsoptimierer: Kleine Zusatzgeräte unter dem jeweiligen Panel, welche den idealen MPP (Maximum Power Point) pro Panel ermitteln und die ausgegebene Spannung anpassen. Neben den zusätzlichen Kosten für die Optimierer benötigen die Optimierer selbst auch etwas Strom, wenn auch nicht viel. 

Als Alternative wirbt Fronius damit, dass deren "Dynamic Peak Manager" ohne Leistungsoptimierter auskommt. Beschrieben wird das integrierte Verschattungsmanagment mit einem MPP-Tracking Algorithmus, welcher den Ertrag auf String ebene optimiert. Zu finden ist die Einstellung unter Gerätekonfiguration, Wechselrichter PV:

Siehe:  www.fronius.com/de-at/austria/solarenergie/installateure-partner/produkte-loesungen/features/dynamic-peak-manager.

Eine weitere Alternative bietet der Einsatz von sogenannten Mikrowechselrichtern, ähnlich dem Aufbau mehrerer Balkonkraftwerke. Zum Beispiel könnte auch bei größeren Anlagen unter jedes PV-Panel ein Mikrowechselrichter gehängt werden, was zur Folge hat, dass jedes Panel seinen eigenen MPP-Tracker besitzt. Ein zentraler Wechselrichter wäre somit hinfällig. Neben den bekannten Herstellern von Wechselrichtern für Balkonkraftwerke hat sich der Hersteller Enphase speziell für den Einsatz größerer Anlagen auf dieses Konzept konzentriert.

können unterschiedliche PV-Module in einem String verwendet werden?

Zuletzt noch eine Überlegung zum Einsatz von unterschiedlichen Modulen in einem String. Sollten die verwendeten Module in einem String unterschiedliche Ströme besitzen: Impp, würden die Module mit den niedrigeren Stromwerte die Module mit einem potentiel höheren Stromwert ausbremsen. Unterschiedliche Spannungen hingegen könnten vom MPP-Tracker ausgegelichen werden.

Fazit

Anders als vielfach behauptet, führt ein wenig Schatten meist nicht gleich zum Komplettausfall des gesamten Strings. Unabhängig davon, ob der Wechselrichter in der Lage ist den MPP zu korrigieren, gibt es für komplexe Setups die Möglichkeit von Leistungsoptimierern oder alternativ den Einsatz von Mikrowechselrichtern für jedes einzelne PV-Panel. Siehe auch: PV - Überlegungen - Planung - Umsetzung.