Bachelor's Thesis

Design of a floating photovoltaic system

Final Thesis 4.53 MB Appendix 1.51 MB

Author of thesis: Bc. Jan Vykydal

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Pavel Šafl

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the conceptual design and implementation of a mobile floating system designed to support the components of the integrated rescue system during flood situations, with the main goal being the development of a modular and easily transportable device for ensuring independent power supply of critical infrastructure in areas disconnected from the distribution network. The thesis analyses the logistical aspects of the entire system, including its transportability using the equipment of the Army of the Czech Republic, which is followed by the construction part dedicated to the creation of a detailed 3D model of the individual modules. The theoretical feasibility of the design is supported by the calculation of density and buoyancy to verify the buoyancy of the module, while the practical part of the thesis describes the actual production of a functional prototype equipped with a solar panel, on which measurements of the efficiency of electricity production were subsequently carried out. At the end of the thesis, an analysis of the economic complexity of the entire system is performed, which evaluates the costs of production and operation in the context of its practical use in crisis management and rescue operations.

Keywords:

Renewable energy sources, floating photovoltaics, energy storage, solar energy, photoelectric effect, floating structures

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Otázky oponenta k obhajobě: 1. Jakým způsobem je v navrženém systému řešeno bezpečné pospojování, uzemnění a ochrana před nebezpečným dotykovým napětím u plovoucí konstrukce s ohledem na specifické a vysoce rizikové prostředí vodní hladiny? 2. Jak by se změnil energetický management a bilance systému při započtení reálné vlastní spotřeby chlazení/klimatizace bateriového úložiště v kontejneru během horkých letních dnů? 3. Jakým mechanickým silám a namáhání budou vystaveny kotevní prvky a spoje konstrukce při nepříznivých klimatických podmínkách (např. silný vítr o rychlosti nad 20 m/s) a jak byste toto namáhání v praxi ověřil? Doplňující otázky komise: - uvažovalo se o chlazení vodní hladinou? tedy vodou pod plovoucím systémem? - o kolik klesne produkce energie v zimě nebo jak se liší využitelnost v různých ročních obdobích? - schéma rozvaděče a elektronické části, řešení bezpečnostních prvků jako odpojovače, jističe, zemnění - jak by probíhala samotná instalace na vodní hladinu? časová náročnost? - je určeno jaká má být orientace panelů (sever x jih, ...) Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Martin Adámek, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Dokoupil (člen)
Ing. Jiří Libich, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Klvač (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá návrhem plovoucího fotovoltaického systému pro podporu složek integrovaného záchranného systému během povodňových situací. Práce má logickou strukturu, text je čtivý a vhodně doplněn obrázky a grafy pro lepší interpretaci vědeckých poznatků. V teoretické části autor velmi dobře popsal studovanou problematiku a nastínil také možná úskalí řešeného tématu. V kapitole věnované návrhu plovoucího fotovoltaického systému zpracoval velmi kvalitně výkresovou dokumentaci a detailně popsal jednotlivé části systému. Předložený text splňuje požadavky na bakalářské práce a získané poznatky lze aplikovat v odborné praxi, a to včetně zohlednění legislativy, logistiky a ekonomické náročnosti systému. Oceňuji také, že autor kromě praktického využití svého návrhu stanovil i omezení využitelnosti daného řešení, která však mohou být předmětem dalšího vědeckého zkoumání. Student při zpracování práce postupoval samostatně s využitím odborné literatury a znalostí získaných studiem. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Šafl

Předložená bakalářská práce studenta Jana Vykydala se zabývá vysoce aktuálním a technologicky specifickým tématem, kterým je návrh plovoucího fotovoltaického systému (PFVE) integrovaného v kontejneru nouzového přežití pro potřeby Integrovaného záchranného systému (IZS). Práce má logickou strukturu, rozsáhlou rešeršní část a směřuje k praktickému inženýrskému návrhu, který v sobě kombinuje prvky obnovitelných zdrojů energie, akumulace a mobilních kontejnerových řešení.

V rešeršní části autor úspěšně mapuje moderní technologie výroby a skladování elektrické energie, přičemž správně identifikuje specifika spojená s provozem fotovoltaiky na vodní hladině. Kladně hodnotím detailní přehled bateriových systémů a legislativního rámce, včetně vazeb na Vodní zákon a Zákon o ochraně přírody a krajiny (ZOPK). Textové zpracování je na dobré grafické i jazykové úrovni, student vhodně pracuje s technickou terminologií a v podstatné části práce korektně rozlišuje mezi veličinami elektrického výkonu a vyrobené energie, což bývá u prací tohoto typu častým úskalím.

Při podrobném studiu praktické a návrhové části však narážím na několik technických nedořešení a zjednodušení, která snižují celkovou inženýrskou hodnotu návrhu. Jako kritické místo vnímám absenci detailnějšího mechanického a hydrodynamického výpočtu plovoucí platformy. Provoz na vodní hladině přináší specifické výzvy v podobě vlnobití a poryvů větru. V práci postrádám hlubší analýzu silového namáhání kotevních mechanizmů (mooring) a hlavních konstrukčních spojů plováků, které jsou pro stabilitu a bezpečnost celého systému klíčové. Návrh se v tomto ohledu opírá spíše o katalogové vlastnosti prvků z vysokohustotního polyethylenu (HDPE), než o vlastní pevnostní či stabilizační výpočty platformy při plném zatížení panely a případnou vrstvou sněhu.

Další slabší stránkou je samotná energetická bilance a dimenzování systému. Ačkoliv autor správně využil simulační nástroj PVGIS k predikci energetických zisků a zohlednil pozitivní vliv chlazení panelů vodní hladinou, zanedbal detailnější analýzu vlastní spotřeby technologického kontejneru. V reálném provozu, zejména v letních měsících, spotřebuje klimatizace a nucené chlazení bateriového úložiště nezanedbatelnou část vyrobené energie. Tento fakt mohl v simulaci výslednou využitelnou energii pro potřeby IZS nadhodnotit. Stejně tak problematika DC managementu, tedy bezpečné vedení kabelových tras z pohyblivé plovoucí platformy na břeh či ke kontejneru při proměnlivé výšce hladiny, zůstala vyřešena pouze na konceptuální úrovni.

I přes uvedené vědecko-inženýrské nedostatky a zjednodušení je zřejmé, že student zadání práce splnil a prokázal schopnost samostatné tvůrčí inženýrské práce. Navržený systém vykazuje vysokou míru komplexnosti a propojení různých technologických celků. Práce splňuje formální požadavky kladené na bakalářské práce na FEKT VUT v Brně, a proto ji doporučuji k obhajobě s výslednou známkou C 75 b. Topics for thesis defence:
  1. 1. Jakým způsobem je v navrženém systému řešeno bezpečné pospojování, uzemnění a ochrana před nebezpečným dotykovým napětím u plovoucí konstrukce s ohledem na specifické a vysoce rizikové prostředí vodní hladiny?
  2. 2. Jak by se změnil energetický management a bilance systému při započtení reálné vlastní spotřeby chlazení/klimatizace bateriového úložiště v kontejneru během horkých letních dnů?
  3. 3. Jakým mechanickým silám a namáhání budou vystaveny kotevní prvky a spoje konstrukce při nepříznivých klimatických podmínkách (např. silný vítr o rychlosti nad 20 m/s) a jak byste toto namáhání v praxi ověřil?
Points proposed by reviewer: 75

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová