MPP und der Schatten: Leistungsoptimierer vs Dynamic Peak

 

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:

Leistung Pmax Leerlaufspannung (Voc) Strom Impp Spannung Vmpp
400 W 45 V 10 A 40 V

Wo genau liegt der MPP eines PV-Moduls?

Die angef√ľhrte Leerlaufspannung steht auch bei schwachen Lichtverh√§ltnissen zur Verf√ľgung.¬†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. W√ľrde der Wechselrichter das Modul mehr als bis zum Vmpp-Wert belasten, w√ľrde 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. Au√üerhalb 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 f√ľr die maximale Leistung zu ermitteln und das Modul im bestm√∂glichen 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 Einfl√ľsse 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 Optimierungsans√§tze untergekommen. Bestimmte Hersteller, darunter Solar Edge verwenden f√ľr das Optimieren sogenannte Leistungsoptimierer: Kleine Zusatzger√§te unter dem jeweiligen Panel, welche den idealen MPP (Maximum Power Point) pro Panel ermitteln und die ausgegebene Spannung anpassen. Neben den zus√§tzlichen Kosten f√ľr die Optimierer ben√∂tigen 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, √§hnlich dem Aufbau mehrerer Balkonkraftwerke. Zum Beispiel k√∂nnte auch bei gr√∂√üeren Anlagen unter jedes PV-Panel ein Mikrowechselrichter geh√§ngt werden, was zur Folge hat, dass jedes Panel seinen eigenen MPP-Tracker besitzt. Ein zentraler Wechselrichter w√§re somit hinf√§llig. Neben den bekannten Herstellern von Wechselrichtern f√ľr Balkonkraftwerke hat sich der Hersteller Enphase speziell f√ľr den Einsatz gr√∂√üerer Anlagen¬†auf dieses Konzept konzentriert.

können unterschiedliche PV-Module in einem String verwendet werden?

Zuletzt noch eine √úberlegung zum Einsatz von unterschiedlichen Modulen in einem String. Sollten die verwendeten Module in einem String unterschiedliche Str√∂me besitzen: Impp, w√ľrden die Module mit den niedrigeren Stromwerte die Module mit einem potentiel h√∂heren Stromwert ausbremsen. Unterschiedliche Spannungen hingegen k√∂nnten vom MPP-Tracker ausgegelichen werden.

Fazit

Anders als vielfach behauptet, f√ľhrt ein wenig Schatten meist nicht gleich zum Komplettausfall des gesamten Strings. Unabh√§ngig davon, ob der Wechselrichter in der Lage ist den MPP zu korrigieren, gibt es f√ľr komplexe Setups die M√∂glichkeit von Leistungsoptimierern oder alternativ den Einsatz von Mikrowechselrichtern f√ľr jedes einzelne PV-Panel. Siehe auch: PV - √úberlegungen - Planung - Umsetzung.

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