Bachelor's Thesis

Comparison of photovoltaic system configurations for a family house

Final Thesis 2.26 MB

Author of thesis: Aleš Kellner

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Filip Toman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Libor Kudela, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the comparison of different configurations of photovoltaic systems suitable for installation on a family house. In the introductory part, a research of different components of PV systems such as solar panels, inverters, battery storage is carried out. Attention is also given to the possibilities of connecting PV systems and also the use of the subsidy program. Subsequently, two specific configurations are selected and subjected to a technical and economic comparison. The PVSOL software was used to design the configurations. The main objective of the work is to assess which of the options offers a more efficient use of solar energy with respect to investment and operating costs. Finally, the results are summarized and recommendations for the selection of the configuration in terms of return on investment and long-term sustainability are presented.

Keywords:

photovoltaic system, family house, solar energy, economic assessment, on-grid system, off-grid system, hybrid system, return on investment, solar panels, inverter, battery storage, PVSOL

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky. Pan docent Baláš se ptá na výpočty, zda jsou některé výpočty vlastní? Pan doktor Lachman se ptá na napětí v panelech a využití střídače - Jaký proud používají spotřebiče v domácnosti? Proč je síť nastavená na střídavý proud? Pan doktor Kudela se dotazuje k otázkám od oponenta, odkud vyšla hodnota 181 kWh? Student dotazy zodpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Energy (B-ENE-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jakub Lachman, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Toman, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Kudela, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Filip Toman, Ph.D.

Předložená bakalářská práce Aleše Kellnera se zaměřuje na technické a ekonomické porovnání různých konfigurací fotovoltaických elektráren pro konkrétní rodinný dům. Cílem práce bylo navrhnout optimální systém na základě reálné spotřeby objektu a vyhodnotit finanční návratnost variant s fyzickou akumulací a bez ní.

V teoretické části autor přehledně shrnuje základní principy solární energetiky, popisuje konstrukci fotovoltaických článků, střídačů i akumulačních systémů. Vhodně zapracovává také legislativní rámec a dotační podmínky programu Nová zelená úsporám, což tvoří nezbytný základ pro navazující ekonomické výpočty.

Praktická část je podložena roční analýzou spotřeby elektrické energie rodinného domu, která činí 6,1 MWh. Student za pomoci specializovaného softwaru PV*SOL vymodeloval dvě hlavní koncepční řešení s instalovaným výkonem 5,28 kWp: konfiguraci s fyzickým akumulátorem o kapacitě 10,6 kWh a variantu bez baterie s využitím distribuční služby „virtuální baterie“. Finanční analýza správně zohledňuje reálné tarifní struktury, poplatky za distribuci i investiční náklady po započtení dotace. Autor ze simulací vyvozuje logické závěry ohledně srovnatelné ekonomické návratnosti obou systémů (okolo 7 až 8 let) a věcně poukazuje na rizika spojená s budoucí změnou ceníků u virtuálních úložišť.

Práce však vykazuje určité nedostatky v oblasti formálního zpracování a interpretace grafických výstupů. Vložené grafické diagramy z programu PV*SOL (např. obrázky 2.5 a 2.6) vykazují slabší čitelnost a horší rozlišení. Zásadnější připomínka pak směřuje k samotnému obsahu těchto schémat energetických toků, kde vyobrazená výnosnost FV systému s dodávkou do sítě a podíl vlastní spotřeby plně neodpovídají fyzikální podstatě porovnávaných variant. U bezbateriového systému by měly přebytky prodáváné do sítě spolu s přímou vlastní spotřebou odpovídat výrobě FV, což prezentované grafické výstupy adekvátně nereflektují a indikují tak možnou chybu při generování výsledků nebo při zadávání profilů spotřeby. Tato nesrovnalost mírně oslabuje technickou přesnost praktické části.

I přes uvedené formální a metodické nedostatky student prokázal dobrou inženýrskou orientaci v problematice, schopnost samostatné práce a splnil cíle zadání v celém rozsahu. S přihlédnutím k tomu, že se jedná o bakalářskou práci, hodnotím celkovou úroveň jako velmi dobrou.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm B (Velmi dobře).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Libor Kudela, Ph.D.

Tato práce se zabývá srovnání konfigurací fotovoltaických panelů pro rodinný dům. Teoretická část je zpracována přehledně a logicky. Autor postupuje od obecného popisu sluneční energie, přes princip funkce fotovoltaického článku a rozdělení jednotlivých typů panelů, až k možnostem zapojení systémů, střídačům, akumulátorům a dotačnímu programu Nová zelená úsporám. raktická část je hodnotnou součástí práce. Autor využil software PVSOL k návrhu dvou reálných konfigurací pro konkrétní rodinný dům a provedl jejich technicko-ekonomické porovnání včetně vlivu dotace, doby návratnosti a výměny komponent. Postup je srozumitelný a výsledky jsou dobře prezentovány pomocí grafů a tabulek. Slabinou je nedostatečná kontrola číselných výsledků: v návrhu č. 1 nesedí energetická bilance (součet pokryté energie a energie ze sítě neodpovídá deklarované roční spotřebě ani uvedenému podílu pokrytí 82,7 %). Z grafického hlediska lze práci vytknout špatně některé  čitelné nebo nekvalitní obrázky (Obr. 2.3 a 2.8 nebo legenda na Obr. 2.4). Práce splňuje zadané cíle. Navrhuji celkové hodnocení B/velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V textu i v tabulce 4 je „Pokryto FVE s baterií 3985 kWh" a „Pokryto sítí 796 kWh". Součet je 4781 kWh, ale celková spotřeba je uvedena 4600 kWh. Můžete názorně ukázat výpočet hodnoty "Podíl pokrytí solární energie", která vyšla 82,7%.
  2. V návrhu č. 1 není uvedena roční výroba FV systému. Protože je generátor shodný s návrhem č. 2 (5,85 kWp, stejná orientace i lokalita), kde je výroba 6380 kWh, měla by být výroba u obou variant prakticky stejná. Součet vlastní spotřeby (3985 kWh) a přetoků do sítě (2235 kWh) však u návrhu č. 1 dává pouze 6220 kWh, a po připočtení uvedených ztrát v baterii (286 kWh) vychází 6506 kWh, tedy v obou případech jinak než 6380 kWh Můžete úvést tuto bilanci na pravou míru a identifikovat, která hodnota není správně? Proč nevychází výroba indentických instalací FV panelů stejně? Může tato chyba výrazně ovlivnit návratnost?
  3. V kapitole 1.9 tvrdíte, že "jmenovitý výkon měniče může být okolo 20 % výkonu FV modulů". Můžete toto tvrzení vysvětlit/opravit? Co by se stalo v okamžiku překročení výkonu měniče?
  4. V kapitole 1.10 tvrdíte, že "fotovoltaické panely mohou fungovat až 40 let.", ale neuvádíte zdroj této informace. Uveďte prosím literární zdroj. Jaká je běžně garantovaná výkonová životnost výrobců FV panelů? Vysvětlete vliv degradace.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová