Bachelor's Thesis

Řízení fotovoltaické elektrárny s využitím strojového učení

Final Thesis 4.57 MB

Author of thesis: Jozef Gallo

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Abstract:

The objective of this thesis is the design of an automated control system for a commercial photovoltaic power plant with integrated battery storage, aimed at minimizing economic losses associated with imprecise management. The selected problem is addressed through a combination of machine learning models and state-space search techniques. Regression models, utilizing weather forecast data, are applied to predict solar energy production. Subsequently, linear programming methods are used to search the state space to identify the optimal battery charging and discharging strategy. This optimization process accounts for the dynamic price fluctuations on the intraday electricity market. The proposed system was validated through backtesting on historical data from the Veľké Turovce photovoltaic power plant, which has an installed capacity of 650 kW. Experimental evaluation demonstrates that the optimized battery storage management strategy achieved a 39% increase in financial profit compared to the reference trading method. These results confirm that automated control utilizing arbitrage on the intraday market provides a measurable economic benefit for photovoltaic power plant operators.

Keywords:

photovoltaics, photovoltaic power plant, linear programming, OKTE, regression, machine learning, state-space search, optimization, battery energy storage system, electricity market

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm B.

Topics for thesis defence

  1. Jaká data byla použita k tréningu a jak byla zaručena nezávislost trénovací množiny?
  2. Které případy vedly ke špatným predikcím? Je možné na základě jejich znalosti predikci zlepšit?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Marta Jaroš, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Polčák, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Milet, Ph.D. (člen)

Bakalářská práce byla vypracována velmi kvalitně a student v ní prokázal tvůrčí přístup při analýze dané problematiky, návrhu algoritmu pro řízení fotovoltaické elektrárny a jeho ověření na reálných datech. S ohledem na obtížnější zadání a aktivní přístup studenta navrhuji hodnocení stupněm velmi dobře (B).

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Cílem bakalářské práce bylo navrhnout a implementovat vhodný algoritmus pro řízené fotovoltaické elektrárny o výkonu stovek kW, doplněného o bateriové uložiště. Následně bylo nutné ověřit funkčnost algoritmu na reálných datech. Tato práce nenavazovala na žádné předchozí projekty a student proto musel navrhnout zcela nové řešení. Při řešení bylo nutné navrhnout vhodnou metodu prohledávání stavového prostoru a pracovat také s technikami strojového učení. Zadání proto považuji za obtížnější a student jej splnil ve všech bodech.

Práce s literaturou

Student získával studijní materiály iniciativně a využíval je v dostatečné míře. Zejména pak publikace z oblasti řízení fotovoltaických elektráren a strojového učení.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student přistupoval k řešení bakalářské práce aktivně. Konzultoval řešenou problematiku v dostatečné míře a na konzultace byl vždy řádně připraven.

Aktivita při dokončování

Práce byla dokončena v předstihu a její obsah byl průběžně a dostatečně konzultován.

Publikační činnost, ocenění

V rámci této práce nevznikly dodatečné publikační výstupy. 

Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Autor ve své práci vytvořil a popsal systém pro řízení velké FVE. Realizační výstup hodnotím jako zdařilý, i když někdy není jasné, proč se tak chová. Vzhledem k celkové úrovni práce a dosažený dobrých výsledků doporučuji celkové hodnocení stupněm B - velmi dobře.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Samotné zadání považuji za průměrně obtížné. Systémy řízení fotovoltaických elektráren (FVE) existují, nejčastěji v oblasti menších energetických zdrojů. Student však volbou velké komerční FVE zvolil obtížnější problém.

Prezentační úroveň technické zprávy

Prezentační úroveň a logická struktura je výborná. Autor dobře vysvětluje rozdíly v řízení malých a velkých zdrojů a seznamuje čtenáře s požadovanou problematikou.

90
Formální úprava technické zprávy

Jazyková stránka práce vzhledem k použití slovenštiny nemohla být hodnocena. Typograficky je však práce téměř bez chyb, podobně i úroveň vizualizací je dobrá.

80
Realizační výstup

Autor vytvořil predikční a optimalizační systém pro řízení velké FVE s bateriovým úložištěm. Jedná se o kombinaci standardních modelů strojového učení s celočíselným lineárním programováním (ILP). Z výsledků práce je zřejmé, že systém je funkční a na historických datech se ukazuje, že je schopen dosáhnout zlepšení ziskovosti takové elektrárny. 

Z pohledu metodologie je práce dobře zvládnutá a používá pokročilé počítačové metody k optimalizaci reálného systému - v tomto případě navíc i s měřitelným dopadem na zisk.  

Mírnou slabinou tohoto systému je to, že není vytvořena podrobná analýza toho, kdy se systém rozhodl správně nebo špatně. Ve většině případů se rozhoduje správně (což je zřejmé ze ziskovosti elektrárny), ale více se jedná o tzv. black box řešení, u kterého není vysvětleno rozhodování. Analýza výsledků v oblasti kdy se rozhodl špatně i v porovnání s naivním řešení (např. deterministický způsob řízení s využitím baterie bez predikcí) by významně zlepšilo důvěryhodnost takového řízení.

85
Využitelnost výsledků

Systém řízení byl demonstrován na konkrétní FVE a bylo ukázáno zlepšení celkové ziskovosti. Jedná se tak o praktický systém, který je použitelný.

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno

Zadání hodnotím jako splněné ve všech bodech zadání.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Práce je v obvyklém rozmezí a obsahuje všechny potřebné informace.

Práce s literaturou

Autor ve své práci využívá 24 zdrojů, přičemž velká část se týká krátkodobého trhu s elektřinou a systému regulace sítí. Ocenil bych více zdrojů z oblasti řízení FVE, ale i ta je v práci zmíněna. Všechny zdroje jsou řádně odkazovány a je možné odlišit vlastní práci autora od přejaté.

80
Topics for thesis defence:
  1. Jaká data byla použita k tréningu a jak byla zaručena nezávislost trénovací množiny?
  2. Které případy vedly ke špatným predikcím? Je možné na základě jejich znalosti predikci zlepšit?
Points proposed by reviewer: 88

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová