Bachelor's Thesis

Modeling the energy balance of an agricultural enterprise with agrovoltaic systems

Final Thesis 6.7 MB

Author of thesis: Šimon Karady

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Paar, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Ptáček, Ph.D.

Abstract:

Bachelor’s thesis focuses on agrivoltaic systems and their application in agricultural companies. The theoretical section describes the operating principles, typology, and legislative framework of agrivoltaics in the Czech Republic, as well as the electrification of agricultural machinery and the energy consumption of agricultural robotics. The practical section is devoted to the validation of selected energy balance analyses, the design of an agrivoltaic system using the SAM simulation tool, and the analysis of the energy operations of an organic farm following the electrification of its vehicle fleet. Based on a simulation of electricity production and consumption, the farm’s energy balance is evaluated, and a comparison is made between the agrivoltaic system and a rooftop photovoltaic power plant. The results demonstrate the potential of agrivoltaics to increase the farm’s energy self-sufficiency and, at the same time, confirm that integrating battery storage into the proposed system significantly reduces the time mismatch between energy production and consumption.

Keywords:

agrivoltaics, agriculture, agricultural machinery, electrification, energy balance, automation in agriculture, autonomous machinery, photovoltaics, energy self-sufficiency

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil komisi se svou diplomovou prací na téma Modelování energetické bilance zemědělského podniku s agrovoltaickými systémy. S posudky seznámili komisi vedoucí práce Ing. Paar. Student odpověděl na otázky oponenta. V rozpravě se k práci vyjádřili a položili doplňující dotazy doc. Bernat a Ing. Morávek.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Morávek, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Paar, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Bernat, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Paar, Ph.D.

Bakalářská práce Šimona Karadyho se věnuje oblasti agrovoltaiky a analýzou spotřeby elektrické energie při elektrifikaci vozového parku.

Práce se skládá z 5 hlavních částí, od agrovoltaický systémů, zemědělskou technickou, robotizací a dále validací vybraného předchozího návrhu a analýzou zvoleného zemědělského podniku. V úvodní části je proveden rozsáhlý přehled typologie agrovoltaickým systémům, dále legislativní zakotvení či ukázky pilotních projektů v České republice. Následující tři kapitoly se zabývají výkonnostními parametry zemědělských a pomocných strojů a jejich současných elektrických variant a dále i oblastí robotizace, reflektující současný stav těchto oblastí. Praktická část práce nejdříve validuje hodnocený podnik z literatury sloužící k ověření postupů. Diplomant se také zaměřil na validaci simulačních programů pro modelování produkce z fotovoltaických zdrojů v případě aplikování na agrovoltaické systémy. Druhá oblast řešená v praktické části je analýza zvoleného malého zemědělského podniku s návrhem agrovoltaického systému i FV panelů umístěných na střechách podniku a následným porovnáním se současnou spotřebou jak samotného podniku, tak i teoretickou spotřebou elektrické energie pro obdělávaní pozemků při uvažování elektrických variant zemědělské techniky. Součástí analýzy je využití bateriového úložiště a vyhodnocení soběstačnosti podniku. Celkové zhodnocení je provedeno v závěru.

Bakalářská práce se snaží pokrýt několik aspektů možné budoucí elektrifikace v oblasti zemědělství. Práce ukazuje systematičnost diplomanta při zpracování výpočtů, jak při validaci i také při vyhodnocení spotřeby při zvažování potenciální elektrifikace zemědělské techniky. Mezi klady práce lze i uvést rozsah, v jakém diplomant se snažil pokrýt řešenou problematiku. Diplomant pracoval nejen samostatně na zadaném tématu, ale také na základě zjištěných výsledků rozšířil výpočty o bateriové úložiště. Výstupy práce rovněž prezentoval na konferenci EEICT 2026. Celkově lze konstatovat, že práce pokrývá velmi širokou paletu kvalitně zpracovaných témat.

Bakalářská práce splňuje všechny body zadání a je výborně graficky i textově zpracovaná, proto doporučuji k obhajobě a hodnotím 95 body. 

Otázky k obhajobě:
1. Na straně 51 v posledním odstavci diplomant řeší problematiku nedostatečného času nabíjení baterií u zemědělských strojů. Neexistuje technologie, která by tento problém překonávala? Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Michal Ptáček, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá modelováním energetické bilance zemědělského podniku s agrovoltaickými systémy. Tematicky navazuje na zadané body, které se týkají agrovoltaických systémů, zemědělské techniky a jejích elektrifikovaných variant, energetické spotřeby robotizace, validace vybraných analýz energetických bilancí a analýzy konkrétního podniku při elektrifikaci vozového parku s vyšší granularitou dat. Všechny tyto oblasti jsou v práci pokryty, byť v různé hloubce.
Struktura práce je přehledná a logická. Po kapitole o agrovoltaických systémech, jejich principu, typologii a legislativě v ČR následuje blok věnovaný zemědělským strojům, pomocné technice a jejich elektrifikovaným variantám, doplněný kapitolou o robotizaci v zemědělství a její energetické náročnosti. Tyto části jsou zpracovány především rešeršně. Navazující praktická část se soustředí na modelování energetické bilance, validaci vybraných analýz a návrh energetické bilance konkrétního ekologického podniku s využitím agrovoltaického systému a elektrifikovaného vozového parku.
V praktické části autor nejprve přebírá a ověřuje existující model energetické bilance při elektrifikaci vozového parku a aplikuje jej na další podnik. Validace zde spočívá hlavně v opětovné aplikaci metodiky a porovnání dosažených výsledků, méně již v hlubší analýze nejistot a citlivosti na vstupní parametry. Následně navrhuje agrovoltaický systém, simuluje jeho výrobu elektrické energie pomocí specializovaného softwaru a porovnává výstupy s dalšími nástroji. Za hlavní přínos práce lze považovat model energetické bilance konkrétního ekologického podniku s hodinovou granularitou dat, který umožňuje porovnat provoz agrovoltaického systému se střešní FVE a posoudit vliv bateriového úložiště na míru vlastní spotřeby a energetickou soběstačnost.
Některé části zadání jsou však naplněny spíše obecně. Zejména kapitola o energetické spotřebě robotizace působí jako kvalitní přehled, ale není dále kvantitativně využita v navazujících modelech energetické bilance, ani rozpracována do konkrétních scénářů provozu robotických systémů v daném podniku. Podobně u validace energetických bilancí je rozsah kritické diskuse předpokladů a hraničních scénářů omezený. Vyšší časové rozlišení modelu by umožňovalo detailnější scénářové a citlivostní analýzy, ale ty jsou využity jen částečně.
Výběr a využití pramenů je na dobré úrovni, práce čerpá z odborné literatury, legislativních dokumentů i technických podkladů a citace jsou v textu používány průběžně. Formální stránka je celkově velmi slušná, text je přehledný a srozumitelný, tabulky a grafy jsou většinou dobře zpracované, vyskytují se jen drobné stylistické a typografické nedostatky.
Celkově lze práci hodnotit jako kvalitní, tematicky aktuální a prakticky využitelnou pro úvahy o energetické soběstačnosti zemědělských podniků s agrovoltaikou a elektrifikovanou technikou. Zadání je naplněno, avšak míra kritické analýzy a vlastní metodický přínos odpovídají spíše pečlivé aplikaci existujících přístupů než špičkové práci s originálním řešením. Z těchto důvodů práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou B (83 b.). Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem byste v budoucnu rozšířil či zpřesnil použitý model energetické bilance, aby lépe zachytil variabilitu provozu zemědělské techniky a vliv extrémních provozních stavů?
  2. Jaké hlavní technické nebo provozní bariéry aktuálně brání širšímu zavádění agrovoltaických systémů v zemědělských podnicích a jaké kroky považujete za klíčové k jejich překonání?
  3. Kdybyste měl vybrat jeden klíčový parametr návrhu (např. velikost agrovoltaického pole, kapacitu baterie, míru elektrifikace techniky), který nejvíce ovlivňuje energetickou soběstačnost podniku, který by to byl a proč?
  4. Jak byste navržený přístup upravil, pokud by podnik nešel cestou plné elektrifikace vozového parku, ale kombinoval by spalovací a elektrické stroje v přechodném období?
Points proposed by reviewer: 83

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová