El sistema de iluminación pública mediante tecnología LED solar desempeña un papel crucial en la infraestructura urbana, al igual que la iluminación LED convencional alimentada por corriente alterna (AC). Su destacada utilización se atribuye a su independencia del consumo de electricidad, un recurso cada vez más escaso debido al crecimiento demográfico y la urbanización en desarrollo.
En años recientes, el aumento en la demanda de electricidad por parte de hogares y gobiernos, impulsado por la expansión urbana, ha agravado la escasez de recursos. Las fuentes tradicionales de electricidad, como el petróleo y el carbón, resultan insuficientes para satisfacer esta creciente demanda. Estudios revelan que aproximadamente el 70% de la electricidad se destina al desarrollo urbano, siendo una parte significativa consumida por la iluminación pública municipal. En este contexto, se ha incrementado la atención hacia fuentes de energía renovable y limpia, como la solar, eólica y de mareas.
Con el objetivo de reducir el consumo de energía, se ha implementado la tecnología solar para alimentar las farolas. Este proceso implica la conversión de energía solar en electricidad a través de paneles solares, almacenándola en baterías. Durante la noche, la electricidad almacenada en las baterías alimenta las farolas para iluminar las calles. Aunque esta solución contribuye al ahorro de electricidad, iluminar continuamente durante la noche agotaría rápidamente la energía almacenada en las baterías. Para abordar este desafío, los diseñadores invierten en paneles solares y baterías de mayor capacidad, garantizando una iluminación constante durante la noche y evitando situaciones peligrosas para peatones y conductores.
Actualmente, las farolas solares inteligentes implementan sistemas de control avanzado para lograr una mayor eficiencia energética. La atenuación programada, sensores de movimiento y controles inalámbricos se emplean para gestionar la salida de luz durante la noche. Estos métodos permiten encender y apagar las farolas en momentos específicos, ajustando la intensidad lumínica según la luz ambiental y las condiciones de la carretera. Este enfoque no solo reduce el consumo de electricidad y recursos sociales, sino que también promueve una iluminación más sostenible y respetuosa con el medio ambiente. En este artículo, exploraremos la aplicación y los beneficios del control inteligente en las farolas solares.
Beneficios de la farola solar inteligente
Optimización de la Iluminación para Mitigar la Contaminación Lumínica
El despliegue de alumbrado público solar inteligente permite una gestión eficiente de la iluminación, proporcionando luz cuando es necesario, atenuando o apagando las luces durante la noche cuando la actividad vehicular y peatonal disminuye gradualmente, y aumentando gradualmente la luminosidad al inicio de la mañana cuando la ciudad vuelve a cobrar vida. Este enfoque no solo garantiza la seguridad y visibilidad adecuadas, sino que también minimiza el impacto ambiental al reducir la emisión innecesaria de luz.
Prolongación de la Vida Útil de Farolas y Baterías
La implementación del control de iluminación en farolas solares inteligentes implica que no es necesario que operen al 100 % todo el tiempo. Esta estrategia es especialmente amigable con los LED y las fuentes de alimentación por dos razones clave. Primero, trabajar a potencia reducida disminuye la acumulación de calor, prolongando así la vida útil de la lámpara. Segundo, la operación con menor consumo de energía reduce el desgaste de la batería, contribuyendo a extender su vida útil. Dado que la vida útil de la batería está vinculada al número de ciclos de carga y descarga, así como a la profundidad de dichos ciclos, la gestión inteligente de la energía resulta beneficiosa al evitar descargas profundas innecesarias.
Reducción de la Configuración del Alumbrado Público Solar para Ahorrar Costos
La implementación de sistemas de control inteligente conlleva una significativa reducción en el consumo de energía durante el ciclo de trabajo del alumbrado público solar. Esto permite ajustar a la baja la configuración de baterías y paneles solares en el sistema, lo que se traduce en una considerable disminución de los costos. Al adoptar un enfoque de control razonable, se reduce significativamente el costo global de las farolas solares, ya que las baterías y los paneles solares representan aproximadamente el 80% del gasto total.
Protección Ambiental Sostenible: Buenas Perspectivas de Desarrollo
A pesar de que el costo inicial de construcción de farolas solares es superior al de las convencionales alimentadas por corriente alterna, el desarrollo sostenible se ve favorecido al reducir la configuración de baterías y paneles solares. A medida que los costos de energía continúan aumentando, el periodo de retorno de inversión para las luces solares de calle se acorta. El control inalámbrico monitorea eficazmente estas luces, consolidando su posición como una solución ecológica y respetuosa con el medio ambiente que tiene el potencial de ganar popularidad mediante una gestión municipal cuidadosa.
Farolas Solares Inteligentes con Sistema de Control Incorporado
En condiciones normales, las farolas solares pueden encenderse o apagarse automáticamente sin la necesidad de métodos de control lumínico adicionales. El controlador solar evalúa el voltaje de salida (o carga) del panel solar, determinando el funcionamiento del interruptor de la farola al verificar dicho voltaje. Este voltaje está directamente relacionado con la intensidad de la luz solar. Cuando la luminosidad es baja, el voltaje de carga del controlador solar es reducido, encendiendo así la farola solar. A medida que la luminosidad aumenta, el voltaje de carga del controlador también se eleva, resultando en la desconexión de la farola solar.
Encender o apagar las lámparas es la forma más básica de control para el alumbrado público solar. Sin embargo, para una gestión más inteligente, ZGSM sugiere el uso de controladores solares inteligentes incorporados o la instalación de sensores, que se pueden clasificar en tres categorías distintas.
Farolas Solares en un Día Soleado
En esta configuración, las farolas solares operarán desde el anochecer hasta el amanecer. A través de las funciones integradas del controlador, se puede establecer una atenuación programada para optimizar el ahorro de energía. Dado que después de la medianoche la actividad vehicular y peatonal es menor, la iluminancia puede reducirse, ajustándose a los requisitos de iluminación. Este enfoque puede implementarse con curvas de atenuación graduales, como encender al 80 % durante la primera hora después del anochecer, al 100 % durante la primera mitad de la noche, y al 30 % de 0:00 a 4:00. Por la mañana, se puede aumentar la luminosidad al 100 % para adaptarse a las horas matutinas de bajo tráfico.
Iluminación Solar en Días Lluviosos
Las farolas solares generan energía durante el día mediante paneles solares, pero en jornadas nubladas o lluviosas, su eficacia se ve reducida al no poder convertir eficientemente la energía solar en corriente continua para almacenarla en las baterías. Este fenómeno inevitablemente acorta el tiempo de iluminación durante la noche e incluso puede resultar en la falta total de suministro de luz. Para abordar el desafío de la baja tasa de conversión en días lluviosos y garantizar el suministro de energía durante la noche, las farolas solares aumentan deliberadamente la capacidad de sus paneles y baterías desde la fase inicial del diseño. Este enfoque busca almacenar la máxima cantidad de electricidad en días soleados para compensar la falta de luz solar en días lluviosos. Sin embargo, esta solución conlleva un costo significativo. ¿Existe una alternativa viable?
La solución predominante en la actualidad es la implementación de control solar inteligente en los controladores solares. Este sistema ajusta automáticamente la potencia de carga (es decir, la potencia de la farola) de acuerdo con la capacidad de la batería. Cuando se combina con la atenuación basada en el tiempo, el sistema selecciona la potencia de salida adecuada entre la potencia ajustada automáticamente y la potencia preconfigurada por el usuario. Por ejemplo, si la capacidad de la batería desciende por debajo del 40%, el controlador inteligente ajustará la potencia de carga a un 60%. Si el usuario ha configurado inicialmente el 100% de la potencia de carga, la salida final será del 60%. En cambio, si el usuario establece un 20% de potencia de carga en este momento, la farola solar operará a ese nivel de potencia.
Farola Solar con Sistema de Detección de Movimiento
En las dos soluciones iniciales de alumbrado público solar, la regulación de la salida se lleva a cabo principalmente mediante la atenuación programada y la evaluación de la capacidad de la batería por parte del controlador. Sin embargo, estas soluciones no permiten ajustar la salida de las luces de la calle en tiempo real en función del tráfico. En cambio, la farola solar con sensor de movimiento puede detectar movimientos o la presencia de peatones dentro de su rango.
Cuando el sensor de movimiento detecta actividad, envía una señal al controlador o controlador LED (generalmente una señal de atenuación de 0-10 V). Esto permite al controlador o controlador LED aumentar la potencia de la lámpara para satisfacer las necesidades de peatones o conductores. En ausencia de movimiento, el sensor envía una señal de 5 V, 3 V o incluso menos de 0 V al suministro de energía o al controlador. Esto requiere que la lámpara funcione al 50 %, 30 % o incluso que se apague por completo. La incorporación de un sensor de movimiento permite ajustar eficientemente la salida de luz, optimizando el consumo de energía de la batería. Esta mejora hace que las farolas solares sean más inteligentes y respetuosas con el medio ambiente, al tiempo que reduce los costos asociados con la operación de las lámparas.
Farola solar inteligente con control inalámbrico
El control inalámbrico es otra forma de control inteligente de las farolas solares inteligentes. Hemos presentado los métodos de control inalámbrico Zigbee y LoRa en detalle antes en el control inteligente de las luces de la calle. Estos son casi los mismos métodos de control inalámbrico que se pueden usar en las farolas solares. Es una forma importante de reducir el consumo público de energía, al tiempo que permite una fácil gestión de las lámparas individuales y del alumbrado público en su conjunto. Al mismo tiempo, la farola solar inteligente con sistema de control inalámbrico puede integrar la tecnología de Internet de las cosas, de modo que los usuarios puedan monitorear y controlar el sistema de alumbrado público solar y otros sensores urbanos en línea dondequiera que haya Internet disponible. El sistema de control inalámbrico de alumbrado público solar puede realizar las siguientes funciones principales:
- Lámparas de encendido/apagado remoto: después de conectar el controlador solar al módulo inalámbrico, puede controlar el encendido/apagado de la lámpara emitiendo un comando de encendido/apagado desde el servidor remoto.
- En casos especiales, el controlador puede cambiar el brillo/interruptores de las lámparas. Por ejemplo, encienda las lámparas con anticipación para proporcionar iluminación en días de tormenta. Otro ejemplo son las escenas especiales (como festivales importantes) para iluminar las lámparas y satisfacer las necesidades de iluminación de los peatones y los vehículos motorizados.
- Establezca diferentes modos de escena. Por ejemplo, se establecen diferentes perfiles de atenuación en diferentes estaciones, y podemos elegir diferentes perfiles de atenuación según las estaciones.
En verano, configure los perfiles de atenuación de la siguiente manera: 100 % de iluminación durante 4 horas (19:00-23:00) después del anochecer, luego 80 % de iluminación durante 2 horas (23:00-01:00), luego 50 % de iluminación durante 3 horas (01:00-4:00), la última luz de la mañana es del 80 % durante 2 horas (04:00-06:00).
En invierno, configure los perfiles de atenuación de la siguiente manera: 60 % de iluminación durante 2 horas (17:00-19:00) después del anochecer, luego 80 % de iluminación durante 4 horas (19:00-23:00) y luego 30 % de iluminación durante 3 horas (01:00-4:00), la última luz de la mañana es del 50 % durante 2 horas (04:00-06:00).
- Monitoreo en tiempo real del estado de las farolas y, al mismo tiempo, del sistema inalámbrico, podemos conocer la ocurrencia de fallas de las farolas, las ubicaciones de las fallas y las causas de las fallas en línea en la plataforma. El administrador de carreteras puede dar retroalimentación oportuna al personal de construcción para el mantenimiento correspondiente.
