Fraunhofer ISE vergleicht PV-Wechselrichter mit Multi-MPPT und Single-MPPT

Im Auftrag der KACO new energy GmbH hat ein Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE untersucht, wann sich ein Wechselrichter mit mehreren unabhängigen DC-Eingängen (Multi-Maximum Power Point Tracker, MPPT) lohnt. Dabei wurden verschiedene Solaranlagenkonfigurationen, Verschattungsszenarien und Standorte betrachtet und die Ertragsunterschiede zwischen den Gerätetypen simulativ ermittelt. In der Vergleichsuntersuchung wiesen Multi-MPPT Wechselrichter je nach Anwendungsfall geringe Mehrerträge auf, die von der zusätzlichen internen Wandlungsstufe jedoch reduziert werden.

Bei homogenen und nicht verschatteten Freiflächenanlagen, wie hier der Solarpark Lieberose, gibt es keinen signifikanten Ertragsvorteil von Multi-MPPT gegenüber Single-MPPT.

Für die Studie wurden auf Basis von realen Wechselrichterparametern synthetische MPPT- Modelle erzeugt, die die gleichen Wirkungsgrade und übrigen Leistungsparameter wie die Single-MPPT-Wechselrichter aufwiesen. Für den Vergleich wurden zwei Solaranlagenkonfigurationen zu Grunde gelegt: eine Dachanlage mit 60-kVA-Wechselrichtern und eine Freiflächenanlage (FFA) auf Basis von 165-kVA-Wechselrichtern. Dabei kamen kristalline Siliciummodule mit 410 Wp Leistung und PV-Generatoren mit verschiedenen Ausrichtungskonfigurationen und Aufstellwinkeln zum Einsatz. Verglichen wurden zudem zwei Standorte: Arkona im Nordosten Deutschlands mit gemäßigtem Klima und Abu Dhabi mit heißen Klimabedingungen. Für die Ertragssimulationen wurde die Software PVsyst© eingesetzt.

Um die Auswirkungen eines unsymmetrischen Anlagendesigns zu beurteilen, führte das Team für die Dachanlage Ertragssimulationen mit verschiedenen Generatorkonfigurationen durch, wobei die Länge der parallel verschalteten Strings variierte. Im ungünstigsten Fall führte dies zu einem Mismatchverlust von 1,05 Prozent pro Jahr für Single-MPPT. Als weitere praxisnahe Rahmenbedingung wurden verschiedene repräsentative Verschattungsszenarien (Baum vor Dachanlage, benachbarte Modultische/Trackersysteme bei Freiflächenanlage, mit verschiedenen Abständen) betrachtet. Hier lag der Ertragsunterschied zugunsten von Multi-MPPT bei 0,3 (FFA) bis 1 Prozent (Dach) pro Jahr.

In Multi-MPPT Wechselrichter wird im Vergleich zu single-MPPT Wechselrichter eine zusätzliche interne Wandlungstufe benötigt. Dies führt im Allgemeinen zu einem geringeren Wirkungsgrad der Multi-MPPT Wechselrichter.

Es sei daher davon auszugehen, dass die zusätzliche Wandlungsstufe bei zweistufigen Wechselrichtern (Multi-MPPT) im Vergleich zu einem einstufigen Wechselrichter (Single-MPPT) den erwartbaren Mehrertrag reduziere, so die Forschungsgruppe.

»Entgegen des aktuellen Markttrends hin zu Multi-MPPT-Wechselrichtern konnte simulativ unter den untersuchten Randbedingungen für homogene Freiflächen-Anlagen mit kristallinen Siliciummodulen nur ein minimaler potenzieller Mehrertrag auf der DC-Seite nachgewiesen werden. Da zweistufige Multi-MPPT Wechselrichter normalerweise einen geringeren Wirkungsgrad als einstufige Single-MPPT Wechselrichter haben, ist jedoch auf der AC-Seite kein Mehrertrag zu erwarten«, fasst Andreas Hensel, Teamleiter Leistungselektronik für die Mittelspannung am Fraunhofer ISE und Hauptautor der Studie, die Ergebnisse zusammen.

 

Am 30. November erläutert das Projektteam von 15: 00 bis 16:00 die Ergebnisse der Studie im pv magazine Webinar »Lohnen sich Wechselrichter mit mehreren Maximum-Power-Point-Trackern in Großanlagen?«

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