Maximum Power Point

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Verschiebung des MPP mit sich ändernder Bestrahlungsstärke sowie Strom und Leistung im Bezug zur Spannung

Der Maximum Power Point (oder kurz MPP) ist der Punkt des Strom-Spannungs-Diagramms einer Solarzelle, an dem die größte Leistung entnommen werden kann, d.h. der Punkt, an welchem das Produkt von Strom und Spannung sein Maximum hat. Er ist nicht konstant, sondern hängt von der Bestrahlungsstärke, der Temperatur und dem Typ der Solarzellen ab.

Darstellung als Diodenkennlinie
Kennlinie zur Teilbeschattung zwei in Reihe geschalteter Module
Erkennungsmerkmale in der Strom-Spannungs-Kennlinie

Definitionen[Bearbeiten]

Das Strom-Spannungsdiagramm wird typischerweise so aufgetragen, dass die technische Stromrichtung des gemessenen Stroms in Sperrrichtung der Solarzelle zeigt. Der Strom wird damit bei Beleuchtung, im Gegensatz zur klassischen Diodenkennlinie, positiv aufgetragen.

Das Verhältnis zwischen der maximalen Leistung PMPP der Solarzelle am Maximum Power Point und dem Produkt aus Leerlaufspannung (UOC) und Kurzschlussstrom (ISC) wird Füllfaktor FF genannt:

FF = \frac{\rm P_{MPP}}{U_{\rm OC}\cdot I_{\rm SC}}

Abhängigkeit von der einfallenden Strahlung und der Temperatur[Bearbeiten]

Bei steigender Bestrahlung steigt der Strom annähernd proportional, die Leistung nimmt deutlich zu. Die Spannung ändert sich dabei kaum. Bei steigender Temperatur fällt die Spannung leicht ab, weil der Sättigungstrom (auch Dunkelstrom genannt) ansteigt.

V_OC=U_T*ln⁡(j_L/j_0 +1)≈ U_T*ln⁡(j_SC/j_0 )

V_OC = Leerlaufspannung ; j_0 = Sättigungstrom ; U_T = Temperaturspannung ; j_L = Photostrom ;

Der Photostrom steigt mit steigender Temperatur minimal an. Dieser Anstieg wird in der Praxis meist nicht erwähnt oder berücksichtigt.

Die Leistung die sich aus U*I ergibt, sinkt demnach bei konstanter Einstrahlung und steigender (Modul)Temperatur. (Typisch sind −0,45 % pro Kevlin für kristalline Siliziumzellen).

Technische Lösungen[Bearbeiten]

Damit eine Solarzelle oder ein Solargenerator immer am MPP operiert, regelt üblicherweise ein sogenannter MPP-Tracker (MPPT) die Spannung auf den benötigten Wert. Dieser variiert hierzu die Spannung um einen kleinen Betrag. Vergrößert bzw. verkleinert sich dabei das Produkt aus Strom und Spannung, d.h. die Leistung des Generators, wird die neue Spannung beibehalten, andernfalls wird die Spannung wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt. Dieses iterative Verfahren führt ein Mikroprozessor ständig aus, sodass auch bei wechselnden Bestrahlungsverhältnissen (Faktor >10 zwischen bewölktem Himmel und Sonne) immer ein Betrieb im maximalen Leistungspunkt vorliegt.

Teilbeschattung eines Solarzellenstrings führt zu Einbußen bei der maximal entnehmbaren Leistung, deshalb werden zunehmend MPP-Tracker in jedes einzelne Solarmodul integriert.

Erkennungsmerkmale[Bearbeiten]

Der MPP ist in der Strom-Spannungs-Kennlinie anhand folgender notwendiger Eigenschaften zu ermitteln:

  • Es gilt im MPP: dI/dU = -I/U
  • Im MPP berührt die I-U-Kennlinie die Hyperbel mit P=Pmpp=const.
  • Der MPP teilt seine Tangente in zwei gleichlange Abschnitte.
  • Die Diagonale im Rechteck der Punktkoordinaten ist parallel zur Tangente.

Die Erkennungsmerkmale sind auf die Eigenschaft der lokal maximalen Leistung zurückführen (dp/dU=0). Sie sind gut geeignet, um in den Kennlinien teilbeschatteter PV-Generatoren auch ohne Leistungsachse die Position der MPPs zu bestimmen oder zu überprüfen. Sie sind auch anwendbar, wenn die Achsenskalierung fehlt.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Maximum power point tracker – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien