Wie kann der Wechselrichter bei Verschattung helfen?



Um den Ertrag bei Teilverschattung dennoch so hoch wie möglich zu halten, gibt es mehrere Lösungen. Sehr schnell ist hier oft die Rede von Moduloptimierern. Diese lassen wir heute aber mal außen vor. Wir sehen uns eine viel einfachere Lösung an. Nämlich den Wechselrichter selbst. Jetzt stellt sich vielleicht die Frage wie denn ein Strang-Wechselrichter bei Verschattung helfen soll? Naja…so kompliziert ist das eigentlich nicht, aber das sehen wir uns das mal genauer an.


MPP Tracking und Schattenmanagement

Das Funktionsprinzip von gewöhnlichen Strang-Wechselrichtern ist grundsätzlich sehr ähnlich. Jeder der Wechselrichter führt ein MPP(Maximum Power Point)-Tracking durch. Das bedeutet es wird dauernd auf den besten Arbeitspunkt hingeregelt. Für das MPP Tracking gibt es unter den unterschiedlichen Herstellern durchaus verschiedene Ansätze wie die Regelung erfolgt. Das Prinzip dafür ist aber immer ähnlich. Dazu aber gleich mehr.


Neben dem MPP Tracking besitzen Strang-Wechselrichter in der Regel auch ein Schattenmanagement. Auch hier gibt es verschiedene Ansätze aber das Regelungsprinzip ist wiederum ähnlich. Jetzt interessiert uns aber vor allem wie diese beiden Methoden in der Praxis funktionieren.


Wie verhält sich der Wechselrichter bei Verschattung?

Sehen wir uns im ersten Schritt an was der Wechselrichter bei optimalen Verhältnissen macht. Wir gehen davon aus, dass es keine Verschattung und volle Einstrahlung auf die Module gibt.


Durch das MPP Tracking sucht sich der Wechselrichter den besten Arbeitspunkt raus. Das Produkt aus Strom und Spannung ist hier die größte mögliche Leistung, die erzeugt werden kann. Damit er den besten Arbeitspunkt auch hält oder gegebenenfalls einen noch besseren wählt, regelt der Wechselrichter beim MPP Tracking dauernd nach. Wenn erstmals auf der Kennlinie der beste Arbeitspunkt gefunden wurde, hört er dennoch nicht auf weiter zu suchen. Sukzessive wird geschaut ob der aktuelle Arbeitspunkt auch immer noch der beste ist. Dabei geht der Wechselrichter mit der Spannung immer etwas rauf oder runter. Sieht er aber, dass mit dem rauf oder runtersetzen der Spannung auch die Leistung geringer wird, springt er wieder zurück und bleibt weiterhin bei seinem aktuellen Arbeitspunkt da dieser der beste ist. Diese Suche nach dem besten Arbeitspunkt findet permanent statt damit auch sichergestellt wird, dass auch wirklich immer das Maximum rausgeholt wird.


Nun gehen wir aber mal weiter und sehen uns an was passiert wenn es plötzlich eine Verschattung gibt. Denn wenn Teile der Module verschattet werden, ändert sich auch die Kennlinie.


Wir können sehen, dass es nun zwei Leistungsspitzen gibt. Mit dem Spannungsniveau von vorhin im unverschatteten Betrieb liegen wir aber nun plötzlich nicht mehr im besten Arbeitspunkt. Das ist ein Problem, denn je länger die Verschattung anhält und er im schlechteren Arbeitspunkt bleibt, desto mehr Leistung geht schlussendlich verloren.


Sehen wir uns dafür nochmal eine Grafik an. Nun haben wir nochmals drei Kennlinien.

Die blaue Kennlinie im unverschatteten Betrieb. Die rote und schwarze Kennlinien für eine Teilverschattung unterschiedlicher Stärke.


Sobald es eine Verschattung gibt, ändert sich auch die Kennlinie, was zu mindestens zwei verschiedenen Leistungsspitzen führt. Es gibt dann ein sogenanntes lokales Maximum und ein globales Maximum. Wir wissen ja jetzt nach welchem Prinzip das MPP Tracking arbeitet. Er wird am ursprünglich verwendeten lokalen Arbeitspunkt bleiben. Wenn der Wechselrichter auf der Kennlinie im Bereich des lokalen Maximums etwas nach links geht, wird die Leistung geringer, deshalb wird er auch wieder auf das lokale Maximum zurückspringen. Dasselbe passiert auch wenn er die Kennlinie rechts entlang absucht. Das ganze führt dazu, dass der Wechselrichter in seinem lokalen Maximum verharrt obwohl es mit dem globalen Maximum einen besseren Arbeitspunkt geben würde.


Aber genau hier kommt das Schattenmanagement zum Einsatz. Statt nur am lokalen Maximum nach dem besten Arbeitspunkt zu suchen, wird bei aktiver Schattenmanagement-Regelung die gesamt Kennlinie abgesucht. Dabei sucht die Schattenmanagement-Regelung auf der gesamten Kennlinie nach dem besten Arbeitspunkt. Je nach Wechselrichter-Typ wird dabei in einem definierten Intervall die Arbeitsspannung bis auf das Minimum gesetzt damit auch Leistungsspitzen bei einem geringeren Spannungsniveau gefunden werden können. Anschließend wird vom geringsten bis zum höchsten Spannungsniveau die gesamte Kennlinie abgesucht. Das kann zum Beispiel alle 5 Minuten sein, dass die komplette Kennlinie abgefahren wird. Beim MPP Tracking alleine würde das nicht passieren. Dazu braucht es dann tatsächlich auch diese Schattenmanagement-Funktion um nicht nur die lokalen, sondern auch die globalen Arbeitspunkte auf der Kennlinie zu finden.



Im optimalen Betrieb ohne Verschattung ist das ganze natürlich nicht notwendig oder würde zumindest keinen Mehrwert erzeugen. Bei Verschattung kann das aber einen sehr großen Einfluss auf den Ertrag nehmen. Als Beispiel sehen wir hier eine klassische Ertragskurve. Bei Teilverschattungen am Morgen wüde der Ertrag ohne Schattenmanagement auf einen sehr geringen Wert limitiert sein. Durch das Schattenmanagement kann aber der Arbeitspunkt gewechselt werden und der Ertrag nimmt wieder zu. Die grüne Fläche wäre die Leistung, die durch das Ändern des Arbeitspunktes gewonnen werden konnte.



Moderne und bewährte Wechselrichter besitzen alle in der Regel ein integriertes Schattenmanagement. Dennoch ist es ratsam sich vorab darüber zu erkundigen. Unter optimalen Bedingungen ohne Verschattung wird das Schattenmanagement nicht benötigt und es bringt daher auch keinen Mehrwert. Bei Teilverschattungen jeglicher Art oder auch unter diffusen Einstrahlungen kann es aber durchaus dazu beitragen, dass die daraus entstehenden Verluste auf ein Minimum gehalten werden. Es ist also bei Verschattungen durchaus eine Alternative zu Moduloptimierern.