Das Wichtigste in Kürze
Der Maximum Power Point (MPP) ist der Arbeitspunkt, an dem ein Solarmodul seine größte Leistung abgibt. Er verschiebt sich laufend mit Licht, Temperatur und Schatten. Ein MPP-Tracker im Wechselrichter oder Laderegler führt die Anlage diesem Punkt nach.
- Am MPP ist das Produkt aus Spannung und Strom am größten: Pmpp = Umpp × Impp (PVEducation).
- Der Strom eines Moduls hängt linear von der Einstrahlung ab, die Spannung steigt je Verdopplung des Lichts nur um rund 18 Millivolt je Zelle (PVEducation).
- Die Leistung einer Siliziumzelle sinkt um 0,4 bis 0,5 Prozent je Grad Erwärmung (PVEducation).
- In einer Reihenschaltung begrenzt die schwächste Zelle den Strom aller anderen (PVEducation).
- Schatten und Bypass-Dioden erzeugen mehrere Leistungsgipfel, einfache Suchverfahren sind dafür nicht ausgelegt (Übersichtsarbeit in der Fachzeitschrift Energies).
Was ist der Maximum Power Point?
Der Maximum Power Point, kurz MPP, ist der Arbeitspunkt, an dem ein Solarmodul die größte Leistung abgibt. Auf Deutsch heißt er Punkt der maximalen Leistung. Leistung ist Spannung mal Strom, und am MPP ist dieses Produkt am höchsten.
Ein Solarmodul kann bei gleichem Licht ganz unterschiedlich arbeiten. Ohne Verbraucher liegt die volle Leerlaufspannung an, aber es fließt kein Strom. Bei einem Kurzschluss fließt der höchste Strom, der Kurzschlussstrom, aber die Spannung ist null. In beiden Fällen ist die Leistung null. Irgendwo dazwischen liegt der beste Kompromiss.
Ein Vergleich mit dem Fahrrad hilft. Im zu kleinen Gang treten Sie schnell, kommen aber kaum voran. Im zu großen Gang bringen Sie kaum Bewegung in die Pedale. Nur im passenden Gang wird aus Ihrer Kraft die meiste Geschwindigkeit. Der MPP ist dieser passende Gang.
Auf jedem Datenblatt stehen drei Werte dazu: Umpp (Spannung am MPP), Impp (Strom am MPP) und Pmpp (Leistung am MPP). Pmpp ist die Nennleistung des Moduls. Alle drei gelten für die Testbedingungen im Labor.
Was sagt der Füllfaktor aus?
Der Füllfaktor gibt an, wie viel von der theoretisch denkbaren Leistung ein Modul am MPP erreicht. Das Lehrwerk PVEducation definiert ihn als Leistung am MPP geteilt durch das Produkt aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom. Je eckiger die Kennlinie, desto höher der Füllfaktor. Für Siliziumzellen nennt PVEducation als Höchstwerte 0,83 bei einer typischen Handelszelle und 0,85 bei einer Laborzelle.
Warum verschiebt sich der MPP?
Der MPP verschiebt sich, weil Licht und Temperatur die Kennlinie eines Moduls ständig verändern. Eine Wolke, die Mittagshitze oder ein kühler Morgen ergeben jeweils eine andere Kurve und damit einen anderen besten Arbeitspunkt.
| Einfluss | Wirkung auf den Strom | Wirkung auf die Spannung | Wirkung auf die Leistung |
|---|---|---|---|
| Mehr Licht | steigt linear mit der Einstrahlung | steigt je Verdopplung um rund 18 Millivolt je Zelle | steigt fast im gleichen Maß wie das Licht |
| Höhere Temperatur | steigt um 0,06 Prozent je Grad | sinkt um rund 2,2 Millivolt je Grad und Zelle | sinkt um 0,4 bis 0,5 Prozent je Grad |
Das Licht bestimmt vor allem den Strom. Halbiert sich die Einstrahlung, halbiert sich auch der Strom, die Spannung ändert sich dagegen kaum. Der MPP wandert in der Kennlinie also fast senkrecht nach unten. Wie gut ein Modul bei wenig Licht arbeitet, beschreibt sein Schwachlichtverhalten.
Die Temperatur wirkt vor allem auf die Spannung. Ein Modul, das sich in der Sonne auf 60 Grad erwärmt, liegt 35 Grad über den Testbedingungen. Mit 0,4 bis 0,5 Prozent je Grad leistet es dann 14 bis 17,5 Prozent weniger als im Datenblatt (eigene Rechnung). Den genauen Wert für Ihr Modul nennt der Temperaturkoeffizient.
Kühle Module liefern deshalb mehr. Eine gute Hinterlüftung, also Luft zwischen Modul und Dach, hält die Temperatur niedriger und den MPP auf einem höheren Niveau.
Wie funktioniert MPP-Tracking?
MPP-Tracking ist eine Regelung, die den Arbeitspunkt der Module laufend an den Punkt der größten Leistung schiebt. Die Abkürzung MPPT steht für Maximum Power Point Tracking. Der Tracker sitzt im Wechselrichter oder im Laderegler, verändert die Spannung an den Modulen und misst, was dabei an Leistung herauskommt.
Das bekannteste Verfahren heißt Perturb and Observe, auf Deutsch Stören und Beobachten. Der Regler verändert die Spannung um einen kleinen Schritt. Steigt die Leistung, geht er in dieselbe Richtung weiter, sinkt sie, kehrt er um. Eine Übersichtsarbeit in der Fachzeitschrift Energies nennt als Nachteil, dass der Arbeitspunkt nach dem Erreichen des MPP weiter um ihn herum pendelt.
Ein zweites Verfahren, Incremental Conductance, nutzt die Steigung der Leistungskurve. Sie ist nach der Übersichtsarbeit links vom MPP positiv, rechts davon negativ und genau am MPP null. Der Regler erkennt daran, auf welcher Seite des Gipfels er steht.
Für Sie als Betreiber läuft das alles unbemerkt im Gerät. Sichtbar wird es nur im Ergebnis: Die Anlage holt bei wechselndem Wetter aus dem vorhandenen Licht heraus, was möglich ist.
Was passiert bei Verschattung?
Bei Verschattung sinkt die Leistung eines ganzen Strangs, weil in einer Reihenschaltung die schwächste Zelle den Strom aller anderen begrenzt. PVEducation beschreibt es so: Der Strom der Kombination kann den der schwächsten Zelle nicht übersteigen. Ein Schornstein, der ein einziges Modul verschattet, bremst deshalb alle Module im Strang.
Damit das nicht zu Schäden führt, sind in Modulen Bypass-Dioden eingebaut. Sie leiten den Strom an der verschatteten Zellgruppe vorbei und verhindern, dass sich diese Zellen stark erhitzen, also einen Hot-Spot bilden.
Die Umleitung hat eine Nebenwirkung: Die Leistungskurve bekommt mehrere Gipfel statt eines einzigen. Nach der Übersichtsarbeit in Energies erzeugen Wolken, Bäume, Gebäude und Bypass-Dioden zahlreiche Leistungsspitzen im Strang, während herkömmliche Suchverfahren für gleichmäßige Bedingungen mit nur einem Maximum entworfen sind. Der Tracker muss dann den höchsten Gipfel, das globale Maximum, von den kleineren unterscheiden.
Wechselrichter mit einem Schattenmanagement tasten die gesamte Kennlinie in Abständen ab und finden so den höchsten Gipfel. Bei dauerhaftem Schatten auf einzelnen Modulen regeln Leistungsoptimierer oder Mikrowechselrichter jedes Modul für sich. Mehr dazu im Beitrag zur Verschattung von PV-Anlagen.
Wie viele MPP-Tracker braucht ein Wechselrichter?
Ein Wechselrichter braucht so viele MPP-Tracker, wie es Modulgruppen mit unterschiedlichen Bedingungen gibt. Module, die gleich ausgerichtet und gleich geneigt sind, haben denselben MPP und können sich einen Tracker teilen. Module auf verschiedenen Dachseiten haben zu jeder Tageszeit unterschiedliche Arbeitspunkte und brauchen getrennte Tracker.
| Dachsituation | Passende Lösung | Warum |
|---|---|---|
| Eine Dachfläche, kein Schatten | Wechselrichter mit einem MPP-Tracker | Alle Module haben denselben Arbeitspunkt |
| Zwei Dachseiten, etwa Ost und West | Wechselrichter mit zwei MPP-Trackern | Jede Seite wird für sich geregelt |
| Zeitweise Schatten auf Teilen des Dachs | Wechselrichter mit Schattenmanagement | Findet den höchsten Leistungsgipfel |
| Dauerhafter Schatten auf einzelnen Modulen, viele kleine Flächen | Leistungsoptimierer oder Mikrowechselrichter | Jedes Modul arbeitet an seinem eigenen MPP |
Mehr Elektronik auf dem Dach kostet mehr und bringt mehr Bauteile mit, die ausfallen können. Auf einem schattenfreien Dach mit einer Ausrichtung bringt die Regelung je Modul deshalb wenig. Welche Neigung und Ausrichtung Ihr Dach hat, entscheidet also mit über die Wahl des Geräts. Auch ein Hybrid-Wechselrichter, der zusätzlich einen Batteriespeicher anbindet, arbeitet mit MPP-Trackern.
MPPT oder PWM beim Laderegler?
Ein MPPT-Laderegler betreibt die Module an ihrem MPP, ein PWM-Regler tut das nicht. Die Frage stellt sich bei Inselanlagen, im Wohnmobil oder im Gartenhaus, wo ein Laderegler eine Batterie lädt. PWM steht für Pulsweitenmodulation: Der Regler verbindet die Module direkt mit der Batterie, die Module arbeiten dann auf Batteriespannung.
Ein Rechenbeispiel zeigt den Unterschied. Ein Modul liefert an seinem MPP 18 Volt und 5,6 Ampere, also rund 100 Watt. An einem PWM-Regler arbeitet es auf der Spannung der Batterie, etwa 13 Volt, bei kaum höherem Strom. Übrig bleiben rund 73 Watt, gut ein Viertel weniger (vereinfachte eigene Rechnung mit dem Strom am MPP).
Der MPPT-Regler wandelt die höhere Modulspannung dagegen in zusätzlichen Ladestrom um. Sein Vorteil wächst, je weiter Modulspannung und Batteriespannung auseinanderliegen, also bei Kälte und bei Modulen mit hoher Spannung. Liegen beide nah beieinander, schrumpft er.
| Merkmal | MPPT-Regler | PWM-Regler |
|---|---|---|
| Arbeitspunkt der Module | am MPP | auf Batteriespannung |
| Passende Module | auch Module mit deutlich höherer Spannung | nur Module, deren Spannung zur Batterie passt |
| Preis | höher | niedriger |
| Sinnvoll für | die meisten Anlagen mit Batterie | sehr kleine, einfache Anlagen |
Worauf sollten Sie im Angebot achten?
Im Angebot für eine Photovoltaikanlage lässt sich mit wenigen Blicken prüfen, ob Module und Wechselrichter zum Dach passen. Die nötigen Angaben stehen in den Datenblättern, die jeder seriöse Anbieter beilegt.
- Zahl der MPP-Tracker: mindestens einer je Dachfläche mit eigener Ausrichtung oder Neigung.
- MPP-Spannungsbereich des Wechselrichters: Die Spannung des Strangs am MPP muss darin liegen, auch an heißen Tagen, wenn sie sinkt.
- Höchste Eingangsspannung: Die Leerlaufspannung des Strangs bei Kälte muss darunter bleiben.
- Schatten: Fragen Sie nach, wie der Anbieter mit Schornstein, Gaube oder Baum umgeht und ob das Gerät ein Schattenmanagement hat.
- Gleiche Module in einem Strang: Unterschiedliche Module oder Ausrichtungen an einem Tracker kosten Ertrag.
Wie Sie die Spannungsgrenze bei Kälte selbst nachrechnen, zeigt der Rechner im Beitrag zur Leerlaufspannung. Welchen Ertrag Ihr Dach erwarten lässt, schätzt der PV-Ertragsrechner.
Häufige Fragen
Was ist der Maximum Power Point (MPP)?
Der Maximum Power Point ist der Arbeitspunkt, an dem ein Solarmodul seine größte Leistung abgibt. Leistung ist Spannung mal Strom, und am MPP ist dieses Produkt am höchsten. Der Punkt ist nicht fest: Er verschiebt sich mit Sonneneinstrahlung, Temperatur und Schatten.
Was bedeuten Umpp, Impp und Pmpp im Datenblatt?
Umpp ist die Spannung am Maximum Power Point, Impp der Strom an diesem Punkt und Pmpp die Leistung, die sich aus beiden ergibt. Manche Hersteller schreiben dafür Vmp, Imp und Pmax. Pmpp ist zugleich die Nennleistung des Moduls. Alle drei Werte gelten für die Standard-Testbedingungen und weichen auf dem Dach davon ab.
Was macht ein MPP-Tracker?
Ein MPP-Tracker ist eine Regelung im Wechselrichter oder Laderegler. Er verändert laufend die Spannung an den Modulen, misst dabei die Leistung und hält die Anlage so an dem Punkt, an dem sie am meisten Strom liefert. Ändern sich Licht oder Temperatur, regelt er nach.
Wie viele MPP-Tracker braucht ein Wechselrichter?
Für eine Dachfläche mit einheitlicher Ausrichtung und ohne Schatten reicht ein MPP-Tracker. Liegen die Module auf zwei Dachseiten oder in unterschiedlicher Neigung, braucht jede Fläche einen eigenen Tracker. Bei Schatten auf einzelnen Modulen helfen Leistungsoptimierer oder Mikrowechselrichter, die jedes Modul einzeln regeln.
Beeinflusst die Temperatur den MPP?
Ja. Mit steigender Modultemperatur sinkt vor allem die Spannung am MPP und damit die Leistung. Nach dem Lehrwerk PVEducation verliert eine Siliziumzelle 0,4 bis 0,5 Prozent Leistung je Grad. Bei 60 Grad Modultemperatur sind das 14 bis 17,5 Prozent weniger als im Datenblatt (eigene Rechnung).
Was passiert mit dem MPP bei Verschattung?
In einer Reihenschaltung begrenzt die schwächste Zelle den Strom aller anderen. Fällt Schatten auf ein Modul, sinkt deshalb die Leistung des ganzen Strangs. Bypass-Dioden überbrücken den verschatteten Teil, dadurch bekommt die Leistungskurve mehrere Gipfel, und der Tracker muss den höchsten davon finden.
Was ist der Unterschied zwischen MPPT und PWM?
Ein MPPT-Laderegler betreibt die Module an ihrem Punkt der größten Leistung und wandelt die höhere Modulspannung in zusätzlichen Ladestrom um. Ein PWM-Regler verbindet die Module direkt mit der Batterie, sie arbeiten dann auf Batteriespannung und damit meist unter ihrem MPP.
Was ist der Füllfaktor einer Solarzelle?
Der Füllfaktor ist das Verhältnis der Leistung am MPP zum Produkt aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom. Er zeigt, wie eckig die Kennlinie einer Zelle ist. Für Siliziumzellen nennt das Lehrwerk PVEducation als Höchstwerte 0,83 bei einer typischen Handelszelle und 0,85 bei einer Laborzelle.
Fazit
Der Maximum Power Point ist der Punkt, an dem ein Solarmodul am meisten leistet, und er steht nie still. Dass Ihre Anlage ihm folgt, erledigt der MPP-Tracker im Wechselrichter von allein. Ihre Aufgabe liegt davor: bei der Wahl des passenden Geräts.
Für ein einfaches Dach ohne Schatten genügt ein Wechselrichter mit einem Tracker. Zwei Dachseiten brauchen zwei Tracker, und bei dauerhaftem Schatten lohnt der Blick auf eine Regelung je Modul. Welche Anlage zu Ihrem Dach passt, zeigt der Photovoltaik-Konfigurator.
Quellen und Methodik
Die Angaben zur Solarzelle stammen aus dem Lehrwerk PVEducation von Christiana Honsberg und Stuart Bowden, die Angaben zu den Suchverfahren aus einer Übersichtsarbeit in der Fachzeitschrift Energies. Rechenbeispiele sind eigene Rechnungen, die beiden Tabellen zur Gerätewahl sind eine Einordnung von Solar.red. Solar.red hat keine Geräte gemessen.
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Fill Factor - Punkt der größten Leistung, Füllfaktor
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Effect of Light Intensity - Strom und Spannung bei wechselnder Einstrahlung
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Effect of Temperature - Strom, Spannung und Leistung bei Erwärmung
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Mismatch for Cells Connected in Series - schwächste Zelle begrenzt den Strom
- Islam und andere, Energies: Performance Evaluation of Maximum Power Point Tracking Approaches and Photovoltaic Systems - Suchverfahren, mehrere Leistungsgipfel bei Teilverschattung
Hinweis: Dieser Beitrag dient der unabhängigen Information und ersetzt keine Planung durch einen Fachbetrieb. Maßgeblich sind die Datenblätter von Modul und Wechselrichter. Solar.red steht in keiner Verbindung zu den genannten Einrichtungen. Über die Anzeigen auf dieser Seite werden Anfragen an Fachbetriebe vermittelt, dafür erhält Solar.red eine Vergütung.
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