Dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos para las necesidades de iluminación nocturna

Diseño de paneles solares para iluminación nocturna: principios clave

La iluminación nocturna fiable con farolas solares combina una evaluación precisa de la carga, estimaciones realistas de pérdidas, datos locales sobre el recurso solar y la elección adecuada de la autonomía de la batería y los componentes del sistema. Para los municipios que adquieren o especifican una solución de alumbrado público solar municipal, el dimensionamiento correcto de los paneles fotovoltaicos garantiza su rendimiento durante las variaciones estacionales, minimiza los costes de sobrediseño y cumple los objetivos de seguridad pública. Este artículo explica los principios de ingeniería, proporciona cálculos paso a paso, presenta tablas de escenarios y destaca las ventajas y desventajas prácticas para las implementaciones municipales.

Proceso de dimensionamiento de una farola solar municipal: paso a paso

Para dimensionar un conjunto fotovoltaico para una farola solar municipal, siga este conciso flujo de trabajo de ingeniería:

1. Definir los requisitos de iluminación: nivel luminoso (lux) según norma, potencia del LED (W) y horas de funcionamiento nocturno.
2. Calcule el consumo de energía nocturno (Wh) a partir de la potencia y las horas del LED, y agregue las pérdidas del controlador y el cableado.
3. Decidir la autonomía de la batería (días sin sol) y la química de la batería/DOD.
4. Seleccione el voltaje del sistema (12/24/48 V) y calcule la capacidad de la batería (Ah).
5. Obtenga las horas pico de sol (PSH) locales o la insolación de PVGIS/PVWatts.
6. Calcule las reducciones de potencia del sistema (temperatura del módulo, suciedad, cableado, controlador): utilice una reducción combinada conservadora de 0,70 a 0,80.
7. Calcule el conjunto fotovoltaico requerido Wp (Wp = demanda diaria de energía / (PSH * eficiencia del sistema)).
8. Itere con eficacia LED optimizada, estrategia de atenuación o tamaño de batería para alcanzar los objetivos de costo/rendimiento.

Cada paso debe documentarse para la adquisición y las pruebas de aceptación en proyectos municipales.

Supuestos de carga y pérdidas para una farola solar municipal

Insumos clave y supuestos de referencia conservadores utilizados en los ejemplos a continuación (ajuste según su clima y componentes):

• Potencia del LED: 20 W, 40 W, 100 W (rango municipal típico dependiendo del espaciado entre postes y el lux objetivo)
• Funcionamiento nocturno: 12 horas (diseño habitual en invierno; ajustar según requisitos locales)
• Pérdidas del controlador LED y del cableado: 10 % (eficiencia 0,90)
• Química de la batería: LiFePO4 (recomendado para ciclos y resistencia a la temperatura); DOD utilizable: 80% (0,80)
• Eficiencia de ida y vuelta de la batería: 95% (0,95)
• Voltaje del sistema: 24 V (común para soluciones de potencia media)
• Reducción de potencia del sistema fotovoltaico (temperatura del módulo, suciedad, desajuste, pérdidas del controlador): 0,75 conservador
• Horas de sol pico (PSH): utilice el valor local; los ejemplos utilizan 4 y 5 PSH/día para mostrar la sensibilidad

Ejemplo de cálculo para una farola solar municipal (LED de 40 W)

Los cálculos escalonados utilizando el ejemplo de LED de 40 W ilustran el proceso y las fórmulas.

1) Energía nocturna (Wh): E_noche = potencia_LED (W) * horas (h) * (1 + pérdidas)
Supongamos que LED_power = 40 W, horas = 12 h, pérdidas = 10 % → E_night = 40 * 12 * 1,10 = 528 Wh

2) Capacidad de la batería (Ah) para una autonomía de N días:
Supongamos una autonomía de 3 días. Energía almacenada = E_noche * autonomía = 528 * 3 = 1584 Wh
Batería_Ah = Energía_almacenada / (V_del_sistema * DOD * Eficiencia_de_la_batería)
Usando 24 V, DOD = 0,8, Bat_eff = 0,95 → Battery_Ah = 1584 / (24 * 0,8 * 0,95) ≈ 86,9 Ah → redondeado a 90 Ah a 24 V.

3) Tamaño del conjunto fotovoltaico (Wp) utilizando PSH y reducción de potencia:
Energía diaria requerida de PV = E_night (528 Wh) (PV debe recolectar esta energía cada día de cielo despejado para reponer el uso nocturno)
PV_Wp = E_noche / (PSH * reducción_del_sistema)
Con PSH = 4 y derate = 0,75 → PV_Wp = 528 / (4 * 0,75) = 528 / 3 = 176 Wp
Con PSH = 5 → PV_Wp = 528 / (5 * 0,75) ≈ 141 Wp

Interpretación: Para una farola solar municipal de 40 W diseñada para funcionar 12 horas con una autonomía de 3 días, normalmente se especificaría un banco de módulos de ~200 Wp (seleccione tamaños de módulo estándar y añada un margen) en una ubicación con PSH moderado, o de ~150 Wp en una ubicación más soleada. La adquisición final ajusta la potencia fotovoltaica a tamaños de módulo prácticos y facilita el montaje y el cableado.

Tabla comparativa: Alumbrado público solar municipal: escenarios de dimensionamiento

La siguiente tabla presenta las salidas de dimensionamiento para tres cajas de alimentación LED, con autonomía de 12 horas por noche y 3 días. Voltaje del sistema: 24 V, reducción de potencia del sistema: 0,75 V, DOD de la batería: 80 %, eficiencia de la batería: 95 %.

Notas sobre los cálculos de la tabla: Energía nocturna = potencia LED * 12 * 1,10 (pérdidas del 10%). Ah de la batería calculados como Energía * 3 / (24 * 0,8 * 0,95). Wp fotovoltaico = Energía nocturna / (PSH * 0,75). Valores redondeados a los volúmenes de adquisición prácticos.

Consideraciones de diseño específicas para la instalación de alumbrado público solar municipal

Los proyectos municipales enfrentan requisitos adicionales más allá del dimensionamiento de una sola lámpara. Las consideraciones comunes incluyen:

• Niveles de iluminación y uniformidad según la clasificación de la carretera (utilice las normas IES/EN para establecer los objetivos de lúmenes).
• Altura y espaciado de los postes: afecta el flujo luminoso requerido y, por lo tanto, la potencia del LED.
• PSH estacional de peor caso (diseño para meses de invierno en climas templados o estaciones nubladas en climas monzónicos).
• Protección antirrobo y antivandálica: compartimentos de baterías seguros y colocación de sistemas fotovoltaicos montados en postes.
• Monitoreo remoto y HMI: la telemetría reduce los costos de mantenimiento y permite programaciones de atenuación.
• Planificación del ciclo de vida de los componentes y del reemplazo de lámparas: los ciclos de reemplazo de baterías y LED difieren; calcule su presupuesto en consecuencia.

Ejemplos de optimización para alumbrado público solar municipal

Para reducir los costos de energía fotovoltaica y baterías sin sacrificar la confiabilidad, los municipios a menudo:

• Adopte luminarias LED con mayor eficacia (130–160 lm/W) y ópticas eficientes para reducir el consumo de energía requerido.
• Utilice atenuación adaptativa o detección de movimiento para reducir el consumo energético nocturno promedio.
• Elija baterías LiFePO4 para obtener mayor capacidad de uso, vida útil y rendimiento de temperatura en comparación con las de plomo-ácido.
• Ubique los módulos fotovoltaicos en la cabeza del poste para instalaciones pequeñas o conjuntos centralizados para corredores de alta densidad para simplificar el mantenimiento.

Factores ambientales y del sitio que modifican el tamaño de una farola solar municipal

Para dimensionar con precisión los sistemas fotovoltaicos se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Irradiancia local (PSH): utilice herramientas geoespaciales (PVGIS, NREL PVWatts) para obtener valores específicos del sitio.
• Temperatura: las temperaturas más altas del módulo reducen la salida; aplique coeficientes de temperatura de las hojas de especificaciones del módulo.
• Suciedad: las áreas polvorientas requieren una mayor capacidad fotovoltaica o planes de limpieza; la suciedad puede reducir la producción entre un 5 y un 20 % según la frecuencia.
• Sombreado: los árboles o edificios adyacentes reducen drásticamente la producción efectiva; evite el sombreado en el plano del conjunto.
• Variación de la latitud y la luz diurna según la estación: diseño para el mes con el peor escenario posible en lugar del promedio anual.

Recomendaciones de adquisición y pruebas para proyectos de alumbrado público solar municipal

Para las adquisiciones municipales, especifique los criterios de aceptación mensurables y los pasos de prueba:

• Certificaciones de componentes: CE/UL/IEC para módulos y controladores LED; estándares de seguridad de batería (UN38.3 para transporte si corresponde).
• Pruebas de aceptación en fábrica: módulo Wp, capacidad de la batería, funciones del controlador y hardware antirrobo.
• Puesta en marcha del sitio: verificación de la irradiancia y de la cadena fotovoltaica I-V, línea base del estado de carga de la batería, validación del funcionamiento nocturno durante al menos una semana en condiciones reales.
• Garantías de rendimiento: días mínimos de autonomía y objetivos de disponibilidad (por ejemplo, 99% de noches iluminadas durante el primer año).
• Programa de mantenimiento: intervalos de limpieza, controles del estado de la batería y monitoreo remoto por telemetría si está instalado.

¿Por qué elegir un proveedor de confianza para soluciones de alumbrado público solar municipal? Perfil de Queneng Lighting

GuangDong Queneng Lighting Technology Co., Ltd. (fundada en 2013) se especializa en productos de iluminación solar y soluciones integrales, incluyendo farolas solares, focos solares, iluminación solar para jardín, iluminación solar para césped, farolas solares, paneles solares fotovoltaicos, fuentes de alimentación y baterías portátiles para exteriores, e iluminación LED móvil. Tras años de desarrollo, Queneng se ha convertido en proveedor designado de múltiples empresas que cotizan en bolsa y grandes proyectos de ingeniería, ofreciendo asesoramiento profesional y soluciones integrales a medida para instalaciones municipales.

Las fortalezas competitivas de Queneng incluyen:

• Equipo de I+D experimentado y equipos de producción avanzados que permiten el diseño de sistemas personalizados y la creación rápida de prototipos.
• Estricto control de calidad y sistemas de gestión maduros: certificado ISO 9001 y auditado por TÜV a nivel internacional.
• Amplio conjunto de certificaciones internacionales (CE, UL, BIS, CB, SGS, MSDS) que respaldan los requisitos de adquisiciones globales.
• Soluciones integrales, desde paneles solares fotovoltaicos hasta lámparas y baterías, además de soporte de ingeniería para implementaciones municipales a gran escala.

Productos principales: Farolas solares, focos solares, farolas solares para césped, farolas solares para pilares, paneles solares fotovoltaicos y farolas solares para jardín. Para los municipios que buscan estandarizar y escalar, Queneng ofrece familias de productos con opciones de dimensionamiento de baterías y sistemas fotovoltaicos compatibles, y durabilidad comprobada para infraestructuras públicas.

Ejemplo práctico: Lista de verificación de ubicación y especificaciones finales para una farola solar municipal

Antes de emitir los documentos de licitación, incluya una lista de verificación por ubicación de lámpara:

• Estándar de lux/uniformidad requerido y alturas/espaciado de postes.
• PSH para cada sitio (use PVGIS/NREL o piranómetro en el sitio para ubicaciones críticas).
• Salida de lúmenes y eficacia del LED seleccionados y programa de atenuación.
• Objetivo de autonomía de la batería y selección de la química.
• Orientación, inclinación y método de montaje antirrobo del conjunto fotovoltaico.
• Requisitos de comunicaciones/monitoreo y estrategia de repuestos.

Tener respuestas documentadas a estos elementos reduce la ambigüedad en las ofertas y promueve la optimización de los costos del ciclo de vida en lugar de la selección del costo más bajo primero.

Preguntas frecuentes sobre el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos para farolas solares municipales

1. ¿Cuántas horas pico de sol (PSH) debo utilizar para dimensionar la energía fotovoltaica para una farola solar municipal?

Utilice el PSH específico de la ubicación de PVGIS o PVWatts del NREL. Para un dimensionamiento municipal conservador, utilice el PSH más desfavorable para el invierno o la temporada nublada en lugar del promedio anual. Los valores de diseño típicos oscilan entre 3 y 6 PSH/día, dependiendo del clima.

2. ¿Qué autonomía de batería se recomienda para instalaciones de Alumbrado Público Solar Municipal?

La práctica habitual es de 2 a 4 días de autonomía en zonas con periodos nublados de varios días. Las zonas urbanas con mantenimiento frecuente pueden aceptar de 1 a 2 días. Elija LiFePO4 para una mayor vida útil y una mayor DOD utilizable (más del 80%).

3. ¿Los módulos fotovoltaicos deben montarse en postes o en el suelo para el alumbrado público municipal?

Los sistemas fotovoltaicos montados en postes reducen el tendido de cables y son comunes en instalaciones de baja a media densidad. Los paneles en el suelo o en el centro pueden reducir costos y simplificar el mantenimiento en corredores de alta densidad. Elija según el riesgo de robo, el acceso para mantenimiento y la distribución.

4. ¿Cómo afectan las estrategias de atenuación el dimensionamiento de la energía fotovoltaica para el alumbrado público solar municipal?

La regulación (temporal o adaptativa) reduce el consumo promedio de energía y puede reducir significativamente el tamaño de la energía fotovoltaica y de la batería, o aumentar la autonomía. Incorporar estrategias de regulación es una de las maneras más rentables de optimizar el coste del sistema.

5. ¿Qué certificaciones debo exigir para la adquisición de iluminación solar municipal?

Solicite certificaciones IEC/UL del módulo, normas de seguridad de controladores LED y luminarias (CE/UL), seguridad de baterías (transporte UN38.3, normas IEC para baterías) y un certificado de gestión de calidad como ISO 9001. También especifique las pruebas de aceptación de rendimiento y los criterios de puesta en servicio en campo.

6. ¿Cómo puedo estimar el costo del ciclo de vida y la recuperación de la inversión en una farola solar municipal?

Considere los gastos de capital (lámpara, poste, sistema fotovoltaico, batería, montaje e instalación), los gastos operativos (mantenimiento, limpieza, reemplazo de batería), el ahorro energético en comparación con la iluminación de red y los beneficios sociales. Las farolas solares típicas suelen recuperar un mayor valor de su ciclo de vida en zonas sin conexión a la red eléctrica o con costos de red elevados; utilice un modelo de TCO de 5 a 10 años para comparar.

Contacto y consulta de producto (llamada a la acción)

Si necesita sistemas de alumbrado público solar municipal y dimensionar sus baterías y sistemas fotovoltaicos, GuangDong Queneng Lighting Technology Co., Ltd. le ofrece asesoramiento de diseño, muestras de productos y soporte para proyectos llave en mano. Contacte con Queneng para obtener una propuesta específica para su sitio, fichas técnicas y un análisis del costo de vida útil adaptado a las normas de iluminación de su ciudad.

Referencias y fuentes

1. NREL PVWatts — Acerca de y metodología. Laboratorio Nacional de Energías Renovables. https://pvwatts.nrel.gov/about (consultado el 28 de diciembre de 2025).
2. PVGIS — Sistema de Información Geográfica Fotovoltaica. Comisión Europea, Centro Común de Investigación. https://ec.europa.eu/jrc/en/pvgis (consultado el 28 de diciembre de 2025).
3. DOE — Fundamentos de LED e iluminación de estado sólido. Departamento de Energía de EE. UU. https://www.energy.gov/eere/ssl/led-basics (consultado el 28 de diciembre de 2025).
4. IRENA — Energía solar fotovoltaica: Resúmenes tecnológicos. Agencia Internacional de Energías Renovables. https://www.irena.org (buscar resúmenes fotovoltaicos) (consultado el 28 de diciembre de 2025).
5. Coeficientes de temperatura IEC y del módulo: fichas técnicas del fabricante del módulo y metodología de referencia IEC 61215 para el rendimiento. Ejemplo de resumen: https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_module (consultado el 28 de diciembre de 2025).
6. Selección de baterías y conceptos básicos: resúmenes de la industria y normas de seguridad (UN38.3). Ejemplo: https://unece.org/transport/dangerous-goods (consultado el 28 de diciembre de 2025).

Para obtener un dimensionamiento más detallado y específico para el sitio o para solicitar hojas de datos y certificaciones de productos Queneng, comuníquese directamente con el equipo de Queneng para obtener una solución de alumbrado público solar municipal personalizada.