【Wechselrichter】 Die Rolle, das Prinzip und der Algorithmus von MPPT in Photovoltaik-Wechselrichtern

MPPT ist eine Kerntechnologie von Wechselrichtern. Die MPPT-Spannung ist ein entscheidender Parameter bei der Planung von Photovoltaik-Kraftwerken. Zunächst wollen wir klären, was MPPT überhaupt ist: Der MPPT-Controller, vollständig „Maximum Power Point Tracking“-Solarcontroller genannt, ist die Weiterentwicklung des herkömmlichen Solar-Lade- und Entladecontrollers.

1. Die Rolle von MPPT

Wozu dient MPPT? Da die Leistungsabgabe von Solarzellen durch Lichtintensität und Umwelteinflüsse schwankt (mehr Licht = mehr Strom), ermöglicht ein PV-Wechselrichter mit MPPT-Funktion die optimale Nutzung der Solarenergie, indem er den Betrieb am maximalen Leistungspunkt sicherstellt. Mit anderen Worten: Bei gleichbleibender Sonneneinstrahlung liefert ein System mit MPPT eine höhere Ausgangsleistung als eines ohne MPPT.

Beispiel: Ohne MPPT-Tracking beträgt die Modulspannung z. B. 500 V. Sobald MPPT aktiviert wird, passt es über interne Schaltkreise den Widerstand an, verändert dadurch Spannung und Strom – bis die maximale Leistung (z. B. bei 550 V) erreicht ist. Folglich ist die Ausgangsleistung bei 550 V höher als bei 500 V.

2. Das Prinzip von MPPT

Mit der Entwicklung der Elektronik wird MPPT heute üblicherweise über DC/DC-Wandlerschaltungen realisiert. Das Prinzip: Die PV-Module sind über eine DC/DC-Schaltung mit der Last verbunden. Das MPPT-System überwacht kontinuierlich Strom und Spannung des Arrays und passt das PWM-Tastverhältnis des DC/DC-Wandlers an, um den maximalen Leistungspunkt zu halten.

Bei linearen Schaltkreisen erreicht eine Quelle ihre maximale Leistung, wenn der Lastwiderstand gleich ihrem Innenwiderstand ist. Obwohl PV-Zellen und DC/DC-Wandler stark nichtlinear sind, können sie kurzfristig als linear betrachtet werden. Durch Anpassung des äquivalenten Widerstands des DC/DC-Wandlers an den Innenwiderstand der PV-Zelle wird deren maximale Leistungsabgabe erreicht – also MPPT.

3. MPPT-Algorithmen

Die MPPT-Technologie für PV-Systeme wurde intensiv erforscht, wobei folgende Methoden verbreitet sind (nur unter unverschatteten Bedingungen anwendbar):

1. Algorithmen für Einzelpeak-Leistung:

   • Konstantspannungsverfahren (Constant Voltage Tracking, CVT)

   • Störungs-Beobachtungs-Methode (Perturbation and Observation, P&O)

   • Inkrementelle Leitfähigkeitsmethode (Incremental Conductance, INC)

   • Gradientenbasierte Leitfähigkeitsmethode mit variabler Schrittweite

2. Algorithmen für Mehrfachpeak-Leistung:
   Herkömmliche MPPT-Methoden wie P&O oder INC versagen bei Teilverschattung (z. B. durch Wolken). Daher wurden Algorithmen für mehrfache Leistungspunkte entwickelt, darunter:

   • Hybride MPPT-Algorithmen

   • Fibonacci-Methode

   • Kurzschlussstromimpulsverfahren

Zusammenfassung: Die Branche erkennt zunehmend die Bedeutung mehrerer MPPT-Kanäle in Wechselrichtern. String-Wechselrichter mit Multi-MPPT sind bereits weit verbreitet.

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