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Evaluación del rendimiento de farolas solares y evaluación del emplazamiento
Realización de evaluaciones in situ de sombreado, topografía e iluminación
Una instalación exitosa de farolas solares comienza con una evaluación in situ. El primer paso consiste en verificar el sombreado y evaluar el sombreado anual que proyectan los edificios y los árboles circundantes sobre los paneles (según el NREL 2023, los obstáculos pueden reducir la eficiencia de los paneles solares aproximadamente un 50 %). Evalúe el entorno para identificar cambios y priorizar así los lugares donde se instalarán las farolas. Si se requiere iluminación adicional para satisfacer las necesidades de visibilidad, realice la evaluación de la iluminación con un luxómetro.
Mantener los objetivos de iluminación según la IESNA: los criterios de uniformidad, deslumbramiento e iluminancia vertical
La instalación de una farola solar debe cumplir con las normas RP-8 de iluminación vial de la Illuminating Engineering Society of North America (IESNA). Dichas normas indican que, al evaluar la iluminancia media en vías, que debe ser de 10 a 20 lux como máximo, la relación entre los valores inferior y superior de las zonas más iluminadas debe ser aproximadamente de 4:1. El uso de ópticas de corte controla el deslumbramiento, estableciendo el límite superior del índice de deslumbramiento de la IESNA en 0,3 para la iluminancia vertical. Asimismo, existen requisitos que exigen superar una iluminancia vertical de 3 lux en zonas peatonales, lo cual puede lograrse mediante evaluaciones fotométricas.
Integración de factores ambientales y climáticos para mejorar la durabilidad de las farolas solares
Para cumplir con los requisitos de las ordenanzas de zonificación para regiones costeras, los postes de aluminio de grado marino resistente a la sal y la carcasa con clasificación IP68 satisfarán dichos requisitos. En regiones de alto desierto, será necesario implementar modificaciones para controlar el polvo y garantizar una ventilación adecuada en condiciones secas. El uso de sistemas de calefacción y baterías de litio hierro fosfato ayudará a soportar temperaturas extremadamente bajas (−30 °C) propias del alto desierto. En instalaciones tropicales cálidas, existen requisitos de aislamiento que benefician a los controladores LED. Tras 5 años de funcionamiento con estas adaptaciones, la pérdida de flujo luminoso será inferior al 10 %.
Diseño estratégico y colocación de paneles solares para optimizar la cobertura de las farolas solares
Colocación optimizada de los postes, su altura y alineación, basada en la categoría de la vía y la proyección lumínica
El rendimiento es proporcional al diseño y a la tecnología. Como postes viales clasificados, el software de diseño de modelado fotométrico determina la distancia 'típica' entre postes, teniendo en cuenta una separación de 2,5 a 4 veces la altura de los postes en vías arteriales y de 3 a 5 veces la altura de los postes en vías residenciales. Por ejemplo, para lograr la uniformidad recomendada por la IESNA, la separación entre postes de 10 metros de altura en una autopista sería de 25 a 40 metros. Asimismo, resulta importante, al determinar la orientación, maximizar la inclinación hacia el sur de los postes con un ángulo de 15° a 30°, lo que mejora un 18 % la captación neta de energía en zonas templadas. Los factores estructurales que influyen incluyen la curvatura de la carretera, el ancho de la calzada y la densidad de tráfico, lo que determina el nivel de iluminación requerido.
Uso de un diseño integrado para ópticas LED: ángulo del haz y distribución de la luz para la iluminación
La integración del diseño del poste y de la óptica logra una distribución óptima de la luz y un equilibrio de iluminación. Para la distribución en forma de ala de murciélago de 60° x 120°, aplicable a aceras estrechas, la superposición óptima entre luminarias es del 25 % para mantener la uniformidad a 15 lux. Para alturas mayores, la separación máxima entre postes en una calzada de igual anchura es de 8 a 12 metros. El uso de lentes microprismáticas avanzadas permite alcanzar clasificaciones de corte (desde G6 hasta B0 según la norma EN 13201), lo que reduce el resplandor no deseado en sistemas reflectores en un 40 %. Las principales variables de diseño incluyen el ángulo del haz, utilizado para el control de la luz, y el control de la luz dispersa mediante una distribución asimétrica de la luz en los postes.
El enfoque de integración tiene en cuenta la orientación del diseño para garantizar la utilización eficiente de cada vatio del diseño, ofreciendo al mismo tiempo libertad frente al deslumbramiento para una utilización segura y reduciendo el número total de elementos del diseño.
Recomendaciones de diseño para aplicaciones de alumbrado público solar
Iluminación solar para calles todo-en-uno frente a sistema dividido: diseño del sistema, refrigeración de los componentes y facilidad de sustitución de los componentes
Evaluar la integración de unidades todo-en-uno frente a unidades de sistema dividido depende de la combinación de criterios de coste, funcionalidad y diseño. Las unidades integradas todo-en-uno combinan paneles solares fotovoltaicos (PV), baterías y LED en un solo conjunto de componentes del sistema. El diseño del producto elimina los cables y reduce el tiempo de montaje y construcción del sistema in situ en un 40 %. Sin embargo, debido a la falta de diseño para refrigeración por convección pasiva y/o activa, la disipación térmica resulta deficiente, lo que provoca un aumento de la temperatura que acelera la degradación de las baterías de iones de litio. Los sistemas fotovoltaicos, de baterías y de LED separados —o divididos— permiten instalar los paneles solares fotovoltaicos en un ángulo óptimo para maximizar su exposición al sol. Los controladores de batería y de LED, diseñados para garantizar una ventilación y refrigeración adecuadas, se instalan bajo tierra (por debajo del nivel del suelo). Los sistemas divididos permiten sustituir componentes incluso cuando las temperaturas subsuperficiales del entorno superen los 45 °C; en tal caso, el tiempo y las configuraciones de mantenimiento —independientemente del entorno restringido— se dividirían para realizar el reemplazo aislado de la batería en aproximadamente 15 minutos o bien para retirar toda la unidad todo-en-uno. Utilice sistemas todo-en-uno para el desarrollo municipal rápido y sistemas divididos en climas extremos, donde se requiera una validación aislada de los requisitos de mantenimiento.
¿Ubicación de instalación para farola solar?
Protección contra ingreso de partículas y líquidos, protección de la batería y cumplimiento de las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y de Underwriters Laboratories (UL)
La ventilación y la combinación de los requisitos de protección térmica y de batería son consecuencias directas de la degradación de las baterías de fosfato de litio hierro (LiFePO4). Los sistemas de carcasa deben diseñarse con una clasificación IP67, que protege contra el agua y el polvo. Las mejores prácticas para la seguridad eléctrica, según las normas IEC y UL, consisten en doble aislamiento del cable de corriente continua (CC) y en el uso de cajas de conexión polarizadas e impermeables con una conexión a tierra sellada. La ausencia de cortocircuitos —la causa principal del 23 % de todos los fallos del sistema detectados en auditorías de seguridad de energías renovables— se aborda mediante dispositivos de protección contra sobrecorrientes (DPSO) que disparan e interrumpen la falla en menos de 0,1 segundo. El sistema de puesta a tierra constituye un aspecto fundamental del diseño de sistemas eléctricos, ya que es el método más eficaz para dirigir la energía de una descarga atmosférica hacia tierra y disiparla.
Ingeniería de cimentaciones para resistencia al levantamiento por viento: profundidad del hormigón, armadura y determinación de la capacidad portante del suelo
El diseño de la cimentación determina cierta resistencia a las cargas de viento. Por ejemplo, el diseño de la cimentación de un poste de 8 metros sometido a un viento de 33 m/s da como resultado lo siguiente:
Factor Requerido Base del cálculo
Profundidad del hormigón: 1,2–1,8 metros; 1/6 de la altura del poste más la profundidad de congelación
Armado: malla de barras corrugadas de 16 mm con separación de 200 mm; norma ASTM A615, resistencia a tracción
Capacidad portante del suelo: ≥ 150 kN/m²; ensayo de penetración ASTM D1586
Para evitar el levantamiento por viento, los cálculos de masa de la cimentación según el Código de Construcción ASCE 7-22 indican que el tipo de suelo determina las dimensiones de la base. Por ejemplo, en suelos arenosos las bases deben ser un 30 % más anchas que en suelos arcillosos. El curado durante 7–28 días permite que el hormigón alcance una resistencia a la compresión de 25 MPa, evitando así inclinaciones o colapsos durante una tormenta de categoría 3, como base.
Preguntas frecuentes
¿Qué hace tan importante una prueba en campo para la instalación de una farola solar?
El trabajo de campo anecdótico determina básicamente los ángulos adecuados para los paneles solares y las luces, prepara las distintas condiciones de sombreado, y mide y evalúa los niveles luminosos ambientales topográficos seguros e ideales.
¿Cuáles son algunos de los efectos de la modelización fotométrica en la ubicación de los postes?
La modelización fotométrica refuerza el detalle vial para espaciar adecuadamente la colocación de los postes.
¿Cuál es el resultado de las diversas adaptaciones basadas en el clima para el diseño de farolas solares?
La mayoría de las adaptaciones, como las clasificaciones IP67 y los mecanismos a prueba de polvo con ventilación variable, combinadas además con cierta gestión térmica, permiten que las luces funcionen de forma uniforme en diversas condiciones ambientales.
¿Cuáles son algunos de los demás efectos de los sistemas de farolas de tipo dividido?
Los sistemas divididos resultan muy beneficiosos para la gestión térmica y el mantenimiento general, facilitando así diseños duraderos incluso en entornos extremos u otros imprevistos.
¿Cuáles son las consideraciones de seguridad más importantes al instalar farolas solares?
Las medidas más importantes consisten en realizar conexiones eléctricas que cumplan con las normas UL o IEC, utilizar carcasas protectoras con clasificación IP67 o superior y establecer cimientos estables resistentes al viento y a otras condiciones meteorológicas.