Bachelor's Thesis

Synergistic use of a heat pump and a photovoltaic power plant in a family house

Final Thesis 2.51 MB

Author of thesis: Šimon Chmela

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Filip Toman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Hana Lisá, Ph.D.

Abstract:

The aim of this thesis is to design a heating system with a heat pump that primarily utilizes electricity generated by a photovoltaic power plant. First, the individual technologies, their basic operating principles, and technical designs are described. In the practical part, the heat loss of the selected building is determined, and based on this analysis, a system appropriately utilizing both technologies is designed. Part of the thesis focuses on the cooperation between the heat pump and the existing heating system consisting of panel radiators, including their weather-compensated control. In the final part, the proposed system is economically evaluated and compared with the existing gas boiler technology.

Keywords:

Photovoltaic power plant, heat pump, building heat loss, weather-compensated control

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své bakalářské práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: 1) V práci uvádíte půjčku 5-10 let, objasněte. Jaká je hodnota reinvestice? Životnost kompresoru? Životnost a cena střídače. Zodpovězeno. 2) Kam byste umístil monoblok a proč? Zodpovězeno. Popište princip monobloku. Posuďte vhodnost FVE s TČ. Zodpovězeno. Velikost fotovoltaické elektrárny? Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Energy (B-ENE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Špiláček, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Kudela, Ph.D. (člen)

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

Tématem předložené bakalářské práce Šimona Chmely je synergické využití tepelného čerpadla a fotovoltaické elektrárny v rodinném domě. Autor se zaměřil na komplexní inženýrskou analýzu a návrh integrovaného systému pro vytápění a ohřev teplé vody, přičemž zvolený přístup velmi úspěšně kombinuje pokročilou technickou úroveň s detailním ekonomickým hodnocením. Zvolené téma je v kontextu současné energetiky vysoce aktuální a jeho zpracování v rámci bakalářského studia mimořádně přínosné.

V teoretické části autor přehledně a systematicky shrnuje fyzikální principy solárního záření a podrobně popisuje technologické specifikace i komponenty fotovoltaických systémů a tepelných čerpadel. Tento teoretický přehled je logicky strukturovaný, odborně přesný a vytváří solidní základ pro následnou praktickou aplikaci.

V praktické části student analyzoval reálný objekt – rodinný dům ve Slavkově u Brna. Pro stanovení tepelných ztrát budovy korektně aplikoval výpočetní postupy podle normy ČSN EN 12831. Přínosem práce je pak výpočet spotřeby elektrické energie tepelného čerpadla pomocí podrobné intervalové metody podle TNI 73 0351, což výrazně převyšuje běžně vídané zjednodušené odhady. Student šel nad rámec standardního řešení a detailně posoudil stávající otopnou soustavu. Na konkrétních propočtech prokázal, že záměnou otopných těles typu VK 22 za kapacitnější VK 33 dojde ke snížení teplotního spádu, což zvýší sezónní topný faktor (SPF) z 2,99 na 3,33 a přinese reálnou úsporu 13,1 % elektrické energie.

Technické návrhy autor doplnil o  ekonomickou bilanci zohledňující reálné distribuční sazby, investiční náklady i dotační tituly. Student prokazuje analytické myšlení a nebojí se kritické interpretace výsledků. Otevřeně poukazuje na přirozené limity řešení, jako je časový nesoulad mezi letní špičkovou výrobou FVE a zimní potřebou tepla, což limituje přímou vlastní spotřebu elektřiny na úroveň okolo 66 %.

Z hlediska formálního zpracování,  grafické úpravy, a práce s bohatým fondem literatury (přes 60 relevantních zdrojů včetně norem) splňuje práce nároky na ní kladené. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A (Výborně).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Hana Lisá, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá aktuální tématikou synergického využití tepelného čerpadla a fotovoltaické elektrárny na konkrétním rodinném domě. Práce je logicky rozčleněna do několika částí, ve kterých jsou přehledně shrnuty informace o klimatických podmínkách, popsán fotovoltaický jev, možné složení fotovoltaických panelů a typy fotovoltaických systémů. Dále jsou zde popsány druhy tepelných čerpadel a jejich komponenty. Ve čtvrté, praktické části je adekvátním způsobem popsán výpočet tepelných ztrát zvoleného objektu a posouzena celá otopná soustava. V této části je také navrženo vhodné tepelné čerpadlo a fotovoltaická elektrárna. Zde, bohužel, postrádám dostatečnou diskuzi, proč byl zvolen konkrétní typ čerpadla a FV elektrárny od daného výrobce. Je uvedena pouze jedna konkrétní varianta a toto nebylo v práci adekvátně vysvětleno. V poslední kapitole student velmi dobře diskutuje ekonomiku celého řešení, a to včetně návratnosti, možných cen oprav komponent a také možnosti snížení pořizovací ceny dotací a případné ovlivnění rozložení nákladů úvěrem. Tato kapitola je velice dobře zpracována.

V práci bylo použito dostatečné množství adekvátních zdrojů. Text byl zpracován bez gramatických a stylistických chyb. Celkově lze konstatovat, že práce splnila všechny stanovené cíle a odpovídá požadované úrovni bakalářské práce.

Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou velmi dobře / B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 2. V kapitole 4.5.4. Výběr komponent fotovoltaického systému uvádíte zvolení panelů Aiko Neostar 2S+ a bateriového úložiště Force H3. Zhodnoťte výhody a nevýhody využití těchto konkrétních komponent oproti jiným komerčně dostupným variantám.
  2. 1. V kapitole 4.4.1. Výběr komponent uvádíte, že jste zvolil tepelné čerpadlo LG therma V. Okomentujte, proč jste zvolil právě tento typ čerpadla. Jsou na trhu k dispozici i jiná čerpadla, která by pro konkrétní dům bylo možné využít? Uveďte konkrétní příklady.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová