Solarladeregler: MPPT oder PWM – was passt zu welcher Anlage?

Inhalt

1. Was ist der Unterschied zwischen PWM und MPPT?
2. Wie groß ist der Ertragsunterschied wirklich?
3. Wann reicht ein PWM-Solarladeregler?
4. PWM oder MPPT: Der Vergleich in der Tabelle
5. Die 3-Werte-Regel: So dimensionierst du den Solarladeregler
6. Welches Batterieprofil stellst du am Solarladeregler ein?
7. Das Wichtigste in Kürze
8. Häufige Fragen

Ein Solarladeregler holt den Strom aus dem Modul und schützt die Batterie vor Überladung. PWM-Regler sind einfach und günstig. MPPT-Regler liefern mehr Ertrag und vertragen höhere Modulspannungen. Welcher passt, entscheidet die Anlagengröße, nicht die Gewohnheit.

Was ist der Unterschied zwischen PWM und MPPT?

Ein PWM-Regler schaltet das Modul direkt auf die Batterie, ein MPPT-Regler wandelt die Modulspannung um. Der Solarladeregler sitzt zwischen Solarmodul und Batterie, begrenzt die Ladespannung und sperrt den Rückstrom, wenn das Modul keine Spannung liefert.

So arbeitet ein PWM-Regler

Ein PWM-Regler (Pulsweitenmodulation) ist laut Victron im Kern ein Schalter, der das Modul mit der Batterie verbindet. Die Modulspannung sinkt dabei auf das Niveau der Batterie. Erreicht die Batterie die Absorptionsspannung, trennt und verbindet der Regler das Modul im schnellen Wechsel, damit sie nicht überlädt. Daher kommt der Name.

So arbeitet ein MPPT-Regler

Ein MPPT-Regler (Maximum Power Point Tracking) sucht den Arbeitspunkt, an dem das Modul die höchste Leistung abgibt, und wandelt diese Leistung auf die Batteriespannung um. Die Leistung bleibt gleich, nur Spannung und Strom ändern sich. Victron rechnet es vor: Ein 100-Watt-Modul liefert 18 Volt bei 5,56 Ampere. Bei 13 Volt Batteriespannung fließen daraus 7,7 Ampere in die Batterie. Deshalb darf die Modulseite eine höhere Spannung haben als die Batterie, etwa 36 Volt bei zwei Modulen in Reihe an einer 12-Volt-Batterie.

Wie groß ist der Ertragsunterschied wirklich?

Der Unterschied reicht von nahezu null bis etwa 30 Prozent, je nach Zelltemperatur, Licht und Modulspannung. Victron nennt dafür drei Herstellerangaben:

• Rechenbeispiel bei 25 °C Zelltemperatur: Ein 100-Watt-Modul liefert an einer 13-Volt-Batterie über PWM 81 Watt. Das sind 19 Prozent weniger als über MPPT.
• Heiße Zellen um 75 °C: Der Vorteil von MPPT ist laut Victron vernachlässigbar. Zwischen 45 und 75 °C Zelltemperatur und bei 13 bis 15 Volt Ladespannung liegt PWM innerhalb von 10 Prozent.
• Bedeckter Himmel mit wechselndem Licht: Ein ultraschneller MPPT-Regler steigert den Energieertrag laut Victron-Datenblatt um bis zu 30 Prozent gegenüber PWM.

Der Regler selbst arbeitet effizient: Victron nennt für seine SmartSolar-Regler einen Wirkungsgrad von 98 Prozent. Alle Werte sind Herstellerangaben und Rechenbeispiele, keine Garantie für dein Dach.

„The PWM charge controller is therefore a good low cost solution for small systems only“

Victron Energy, Which solar charge controller: PWM or MPPT? (englisches Original)

Wann reicht ein PWM-Solarladeregler?

Ein PWM-Regler reicht, wenn die Anlage klein ist und die Modulspannung zur Batteriespannung passt. Victron beschreibt diesen Fall so: kleine Anlagen mit begrenzter Leistung, bei denen die Modulspannung nahe an der Batteriespannung liegt und keine großen Verluste durch Temperatur oder Verschattung zu erwarten sind. Das trifft zu auf:

• ein einzelnes 12-Volt-Modul an einer 12-Volt-Batterie, etwa im Gartenhaus oder am Anhänger,
• eine Zweitbatterie mit geringem Verbrauch, deren Modul tagsüber ohne Schatten in der Sonne liegt,
• Anlagen, bei denen ein niedriger Preis wichtiger ist als der letzte Prozentpunkt Ertrag.

Wer nur eine Autobatterie vor der Selbstentladung bewahren will, kommt mit einem fertigen Solar-Erhaltungsladegerät aus. Welche Geräte es gibt, zeigt der Überblick Solar-Ladegeräte für die Autobatterie.

Die Grenze zieht Victron bei der Leistung: Ab einigen hundert Watt spricht bei einer 12-Volt-Batterie vieles für MPPT. Der Grund ist die Reihenschaltung. Höhere Modulspannung heißt weniger Strom und damit dünnere Kabel.

PWM oder MPPT: Der Vergleich in der Tabelle

Die 3-Werte-Regel: So dimensionierst du den Solarladeregler

Die 3-Werte-Regel prüft drei Zahlen: Modulleistung, Leerlaufspannung und Batteriespannung. Passen alle drei zum Regler, ist die Anlage stimmig ausgelegt.

1. Modulleistung ergibt den Reglerstrom. Teile die Gesamtleistung der Module durch die Batteriespannung. Beispiel: 200 Watt ÷ 12 Volt ≈ 17 Ampere. Wähle den nächsthöheren Reglerstrom, hier 20 Ampere. Victron ordnet dem SmartSolar 100/30 bei 12 Volt bis zu 440 Watt zu, die Rechnung enthält also Reserve.
2. Die Leerlaufspannung begrenzt die Reihenschaltung. Die Leerlaufspannung (Voc) ist die Modulspannung ohne Last und steht auf dem Typenschild. Bei Kälte steigt sie. Beispiel mit den Werten des Victron-Modells (100 Watt, Voc 21,6 Volt, minus 0,35 Prozent pro Grad): Bei minus 10 °C liegt ein Modul bei rund 24,2 Volt, zwei in Reihe bei rund 48,5 Volt. Das passt zu einem Regler mit 100 Volt Eingang. Die Summe der Leerlaufspannungen darf die maximale Eingangsspannung des Reglers nie überschreiten.
3. Die Batteriespannung bestimmt Ausgang und Mindest-Modulspannung. Der Regler muss deine Systemspannung (12 oder 24 Volt) unterstützen. Bei den Victron-Modellen 100/30 und 100/50 muss die nominale Modulspannung mindestens 5 Volt über der Batteriespannung liegen.

Wie viel Modulleistung ein Camper braucht, hängt vom Tagesverbrauch ab. Der ADAC empfiehlt für ein kleines Wohnmobil für zwei Personen bei 480 Wattstunden pro Tag mindestens 200 Watt. Die Rechnung dazu steht im Beitrag Strom im Camper mit Ladebooster, Solar und Landstrom.

Welches Batterieprofil stellst du am Solarladeregler ein?

Stelle das Profil ein, das zur Batteriechemie passt: Blei-Säure, AGM, Gel oder LiFePO4. Das Ladeprofil legt Ladespannung, Absorptionsdauer und Erhaltungsspannung fest.

Für LiFePO4 nennt Victron im Handbuch der SmartSolar-Regler diese Voreinstellung: 14,2 Volt Absorptionsspannung bei einer 12-Volt-Batterie und 2 Stunden Absorptionszeit. Eine Ausgleichsladung entfällt, denn sie ist für Gel-, AGM- und Lithium-Batterien nicht vorgesehen. Die Temperaturkompensation schaltest du bei Lithium ab. Sie gilt laut Victron nur für Blei-Säure-Batterien.

Kälte ist das zweite Thema: Lithium-Batterien nehmen laut Victron Schaden, wenn sie unter 5 °C geladen werden. Der Regler kann deshalb eine Ladesperre bei 5 °C Batterietemperatur setzen, maßgeblich bleibt aber die Angabe des Batterieherstellers. Die Sperre arbeitet nur mit einem Temperaturfühler. Warum Ladeschlussspannung und Absorptionszeit bei Lithium anders ausfallen, erklärt LiFePO4 richtig laden.

Das Wichtigste in Kürze

• PWM: reicht für ein einzelnes 12-Volt-Modul an einer 12-Volt-Batterie, bis zu 10 Prozent weniger Ertrag bei 45 bis 75 °C.
• MPPT: bis zu 30 Prozent mehr Ertrag bei wechselhaftem Licht, sinnvoll ab einigen hundert Watt.
• 3-Werte-Regel: Modulleistung ÷ Batteriespannung ergibt den Reglerstrom, Leerlaufspannung bei Kälte bleibt unter der Eingangsgrenze, Batteriespannung und Profil müssen passen.
• Beispiel: 200 Watt ÷ 12 Volt ≈ 17 Ampere, also ein Regler mit 20 Ampere.
• LiFePO4: Lithium-Profil mit 14,2 Volt und 2 Stunden Absorption, ohne Ausgleichsladung und ohne Temperaturkompensation.
• Einbau: Sicherung, Verkabelung und Auslegung von einer Elektrofachkraft prüfen lassen.

Häufige Fragen

Was ist besser, ein MPPT- oder ein PWM-Solarladeregler?

Bei Anlagen ab einigen hundert Watt, Reihenschaltung oder Teilverschattung ist MPPT besser. Für ein einzelnes 12-Volt-Modul an einer 12-Volt-Batterie reicht PWM.

Wie viel Ampere braucht ein Solarladeregler für 12 Volt?

Nach der 3-Werte-Regel teilst du die Modulleistung durch die Batteriespannung und rundest auf. Bei 200 Watt sind das rund 17 Ampere, also ein Regler mit 20 Ampere.

Kann ich einen Solarladeregler für 12 Volt auch bei LiFePO4 nutzen?

Ja, wenn er ein Lithium-Profil hat oder sich die Ladespannung frei einstellen lässt. Victron nennt für LiFePO4 an 12 Volt 14,2 Volt Absorptionsspannung. Ohne passendes Profil lädt der Regler eine Lithium-Batterie falsch.

Darf die Modulspannung höher sein als die Batteriespannung?

Bei MPPT ja, bis zur maximalen Eingangsspannung des Reglers. Bei PWM zieht der Regler die Modulspannung auf das Batterieniveau herunter, ein höheres Modul bringt dort keinen Vorteil.

Wie viel Solarleistung braucht ein Camper?

Der ADAC empfiehlt für ein kleines Wohnmobil für zwei Personen mit 480 Wattstunden Tagesverbrauch mindestens 200 Watt. Für einen Wohnwagen mit vierköpfiger Familie und 850 Wattstunden nennt er 400 Watt.

Quellen

• Victron Energy: Which solar charge controller: PWM or MPPT? (Technical Information, 20.01.2020; 19 % im Rechenbeispiel, PWM innerhalb 10 % bei 45 bis 75 °C, MPPT ab einigen hundert Watt)
• Victron Energy: Solar-Laderegler, BlueSolar PWM und SmartSolar MPPT (PWM für kleine Systeme, Wirkungsgrad 98 %)
• Victron Energy: Datenblatt SmartSolar MPPT 100/30 und 100/50 (bis zu 30 % mehr Ertrag gegenüber PWM, 100 V Leerlaufspannung, 440 W bei 12 V)
• Victron Energy: SmartSolar MPPT 100/30 und 100/50 Handbuch (Anschlussreihenfolge, Lithium-Profil 14,2 V, Temperaturkompensation, Ladesperre 5 °C, Mindest-Modulspannung)
• ADAC: Solarpanels auf dem Wohnmobil, wann sich das Nachrüsten lohnt (200 Watt bei 480 Wh, 400 Watt bei 850 Wh Tagesverbrauch)