Solareingang und MPPT: die Zahl richtig lesen

Was ein MPPT-Regler tatsächlich tut

Ein Solarmodul ist keine Batterie. Was es abgibt, hängt davon ab, wie man es belastet. Nimmt man keinen Strom ab, steht es auf seiner Leerlaufspannung und liefert nichts. Schließt man es kurz, liefert es seinen vollen Kurzschlussstrom bei null Spannung und damit wieder nichts. Zwischen diesen Extremen gibt es genau einen Arbeitspunkt, an dem Spannung mal Strom am größten ist. Das ist der Punkt maximaler Leistung.

Er wandert ständig. Helleres Licht hebt den Strom nahezu proportional. Ein wärmeres Modul senkt die Spannung, weshalb ein glühender Sommernachmittag weniger bringen kann als ein heller kalter Vormittag. Wolken, Schatten und Schmutz verschieben ihn erneut.

Ein MPPT-Regler ist ein schaltender Gleichspannungswandler mit einem Suchalgorithmus darüber. Er verschiebt den Arbeitspunkt ein Stück, prüft, ob die Leistung gestiegen oder gefallen ist, und sucht viele Male pro Sekunde weiter. Hat er den Punkt gefunden, wandelt er die Spannung, die das Modul mag, in die Spannung, die der Akku braucht, und tauscht dabei Spannung gegen Strom, sodass fast die gesamte Leistung erhalten bleibt.

Die Alternative, ein PWM-Regler, verbindet das Modul schlicht mit dem Akku und lässt den Akku die Modulspannung auf sein eigenes Niveau ziehen. Was darüber an Spielraum bestand, ist verschenkt. Alle Geräte in diesem Datenbestand arbeiten mit MPPT, und deshalb ist die Nennleistung eines Moduls hier ungefähr aussagekräftig statt um ein Drittel zu optimistisch.

Warum das Spannungsfenster mehr zählt als die Wattzahl

Ein MPPT-Regler ist kein universeller Adapter. Er hat einen Arbeitsbereich für die Spannung, und beide Enden davon sind harte Grenzen.

Unterhalb des Minimums startet der Wandler nicht. Ein einzelnes kleines Modul, oder ein Modul bei schwachem Licht, kann unter der Schwelle liegen und gar nichts liefern, während das Gerät keinen Eingang meldet und der Besitzer einen Defekt vermutet. Das ist die häufigste Beschwerde über einen völlig gesunden Aufbau.

Oberhalb des Maximums liegt an der Eingangsstufe eine Spannung an, für die ihre Bauteile nicht ausgelegt sind. Das ist keine weiche Grenze, die nur Energie verschenkt.

Dazwischen gibt es zusätzlich eine Stromgrenze in Ampere. Ein Gerät kann gut im Spannungsfenster liegen und die volle Leistung eines Moduls trotzdem nicht nutzen, weil zuerst die Ampereobergrenze greift. Die Wattzahl in der Überschrift ist das Produkt aus beiden Grenzen, und sie zu erreichen verlangt, beiden gleichzeitig nahe zu kommen.

Diese Seite veröffentlicht die Wattzahl, weil sie der Wert ist, den jeder Hersteller in vergleichbarer Form angibt: 2 600 W bei der EcoFlow DELTA Pro 3, 1 000 W bei der BLUETTI Elite 200 V2, 100 W beim kleinen Gleichstromgerät Anker SOLIX C300 DC. Das Spannungs- und Stromfenster steht in der Tabelle und im Handbuch des Herstellers, in Formaten, die sich nicht sauber vergleichen lassen, prüfen Sie es also dort gegen die Module, die Sie besitzen, bevor Sie eines von beidem kaufen. Manche Modelle geben gar keinen Solarwert an: Bei der Jackery Explorer 1000 steht hier deshalb Nicht angegeben.

Reihe gegen Parallel, und warum die Wahl nicht umsonst ist

Module in Reihe zu schalten addiert ihre Spannungen, während der Strom der eines einzelnen Moduls bleibt. Parallel zu schalten addiert ihre Ströme, während die Spannung die eines einzelnen bleibt. Auf dem Papier ist die Gesamtleistung in beiden Fällen dieselbe. Unterschiedlich ist, ob die Kombination im Fenster des Geräts landet.

Reihe ist für einen MPPT-Regler meist die richtige Antwort. Höhere Spannung bei kleinerem Strom bedeutet dünneres Kabel für denselben Verlust, und sie hebt einen Satz kleiner Module über die Startspannung. Der Preis ist das Verhalten bei Verschattung: In einem einfachen Strang begrenzt das schlechteste Modul den Strom, ein Schatten über einem einzelnen zieht also den ganzen Strang herunter. Bypass-Dioden in den Modulen mildern das, sie beseitigen es nicht.

Parallel hält die Spannung niedrig und begrenzt Verschattungsverluste lokal, was zu einem tragbaren Aufbau passt, bei dem ein Modul im Schatten eines Baums stehen kann. Der Preis ist der Strom: dickeres Kabel, mehr Verlust über die Strecke und eine viel größere Chance, die Ampereobergrenze des Geräts vor seiner Wattgrenze zu erreichen.

Mischen Sie keine unterschiedlichen Modultypen im selben Strang, ohne es durchzudenken. In Reihe verschenkt der abweichende Strom den Ertrag des besseren Moduls, parallel tut das die abweichende Spannung. Gleiche Module sind den Aufwand wert.

Was passiert, wenn Sie die Maximalspannung überschreiten

Die Eingangsstufe sieht eine Spannung jenseits der Bemessung ihrer Schaltbauteile und Schutzelemente. Der beste Fall ist, dass eine Schutzschaltung anspricht und die Ladung verweigert, bis die Anlage umverdrahtet ist. Der realistische Fall ist ein beschädigter Laderegler, und das heißt meistens ein beschädigtes Gerät, denn der Regler sitzt auf einer Platine darin. Keine Garantie sieht darüber hinweg, denn die Verschaltung der Anlage war die Entscheidung des Besitzers.

Die Falle ist, dass Module ihre höchste Spannung genau unter den Bedingungen erreichen, die beruhigend wirken. Die Leerlaufspannung steigt, wenn die Zelltemperatur fällt, um grob ein Drittel Prozent je Grad unterhalb der Normbedingungen. Ein Strang, der an einem milden Nachmittag bequem im Fenster lag, kann an einem klaren Frostmorgen darüber schießen, in dem Moment, in dem die Sonne zum ersten Mal auftrifft und noch keine Last die Module erwärmt hat. Helle Kälte mit frischem Schnee, der Licht von unten zurückwirft, ist der ungünstigste Fall überhaupt, und in einem deutschen Winter ist er keine Seltenheit.

Daraus folgt eine einfache Regel: Dimensionieren Sie einen Reihenstrang auf die Leerlaufspannung der Module bei der kältesten Temperatur, die die Anlage je erleben wird, nicht auf ihre Nennbetriebsspannung in der Sonne. Lassen Sie echten Abstand zur Obergrenze des Geräts, statt sich an sie heranzuschleichen.

Warum der wirkliche Ertrag den Nennwert selten erreicht

Die Wattzahl eines Moduls wird unter Normbedingungen gemessen: einer festgelegten Einstrahlung, einem festgelegten Spektrum und einer Zelltemperatur von fünfundzwanzig Grad. Draußen ist fast jede dieser Größen schlechter.

• Einstrahlung. Die volle Normhelligkeit kommt nur um die Mittagszeit an einem klaren Tag an, mit dem Modul frontal zur Sonne. Morgen, Abend, Dunst und dünne Bewölkung senken sie, und der Ertrag folgt nahezu im Gleichschritt.
• Zelltemperatur. Ein Modul in kräftiger Sonne wird deutlich wärmer als die Umgebungsluft, und der Ertrag fällt um grob ein Drittel bis ein halbes Prozent je Grad über der Normbedingung. Eine heiße Dachanlage im Sommer verliert allein durch Wärme ein Zehntel ihrer Nennleistung oder mehr.
• Winkel. Die Leistung skaliert mit dem Kosinus des Winkels zwischen Modul und Sonne. Ein fest montiertes Modul steht nur einen kleinen Teil des Tages frontal und den Rest schräg.
• Schmutz, Kabel und Steckverbinder. Staub, Pollen und Vogelkot nehmen ein paar Prozent. Langes dünnes Kabel bei hohem Strom nimmt weitere.
• Die Grenzen des Geräts. Es bindet, was zuerst bindet, ob Spannung, Strom oder Watt. Eine auf die Wattzahl ausgelegte Anlage kann den ganzen Tag von der Ampereobergrenze gedeckelt werden.
• Die Ladekurve. Nähert sich der Akku der Vollladung, drosselt sein Laderegler den Strom absichtlich. Der Solareingang sinkt gegen Ende einer Ladung, weil der Akku weniger verlangt, nicht weil die Sonne sich geändert hätte.

Eine realistische Erwartung für eine gut aufgestellte feste Anlage liegt über den Tag klar unter ihrem Typenschild. Rechnen Sie die Kapazität auf dieser Grundlage und behandeln Sie die Solarobergrenze des Geräts als das Maximum, das es je annimmt, und nicht als das, was es üblicherweise bekommt.

Zwei Eingänge sind nicht immer zwei Eingänge

Mehrere Geräte in diesem Datenbestand haben mehr als eine Solarbuchse, und die veröffentlichte Wattzahl ist der Gesamtwert, nicht der je Buchse. Jede Buchse hat meist eigene, niedrigere Strom- und Spannungsgrenzen, und die Summe ist unter dem gedeckelt, was zwei Buchsen theoretisch durchlassen könnten. Die Jackery Explorer 1000 v2 nennt 400 W über ihre beiden Eingänge, mit getrennten Stromangaben je Eingang hinter dieser Zahl.

Wo zwei Eingänge auf einen MPPT-Regler führen, folgt daraus ein zweiter Punkt: Der Regler findet einen einzigen Arbeitspunkt für alles, was an ihm hängt. Zwei Anlagen in unterschiedlichem Winkel, oder eine davon im Schatten, werden dann auf eine Kompromissspannung gezwungen, die keiner von beiden passt. Wo zwei unabhängige Regler verbaut sind, verschwindet das Problem. Die Hersteller sagen nicht durchgängig, welche Bauweise sie gewählt haben.

Eine Warnung noch zu Ladezeitangaben. Manche Hersteller nennen eine Schlagzeilenzeit, die Netz- und Solareingang gleichzeitig zusammenrechnet. Diese Seite hält immer den Wert am Netz allein fest, 1,4 Stunden für die BLUETTI Elite 200 V2 meint also aus der Steckdose ohne jede Sonne. Wirkt die Marketingzahl eines Herstellers unschlagbar, prüfen Sie, ob die Sonne mitgerechnet wurde. Die Methodikseite beschreibt, wie diese Seite damit umgeht, und die Modellübersicht führt den Netzwert für jedes Gerät.

Was Sie vor dem Modulkauf prüfen sollten

In dieser Reihenfolge, denn an der Reihenfolge scheitern die meisten:

1. Das Spannungsfenster und die Stromgrenze des Geräts, aus seinem eigenen Handbuch. Alles Weitere folgt daraus.
2. Die Leerlaufspannung Ihrer Module bei der kältesten Temperatur, die sie erleben werden, multipliziert mit der Anzahl in Reihe. Sie muss mit Abstand unter dem Maximum des Geräts bleiben.
3. Die Startspannung. Die Anlage muss das Minimum auch bei schwachem Licht überschreiten, nicht nur mittags.
4. Steckverbinder und Kabel. Adapter zwischen dem verbreiteten Modulstecker und der Buchse des Geräts sind fast immer nötig, und Kabelverluste bei hohem Strom über Entfernung sind real.
5. Die Wattgrenze zuletzt, denn sie ist die Grenze, die Sie am wenigsten wahrscheinlich erreichen.

Wenn es darum geht, netzfern wirklich nachzuladen statt nur aufzufrischen, entscheidet die Solarobergrenze eines Geräts wie der Anker SOLIX F3800 mit 2 400 W, ob ein leerer Akku innerhalb eines guten Tages wieder voll wird. Für gelegentliche Nutzung ist ein kleineres Gerät mit einem tragbaren Modul meist der bessere Kauf, und die Seite zur Zellchemie erklärt, warum es fast nichts kostet, dieses Gerät voll geladen zu lagern.