Renovación del alumbrado exterior: luminarias y gestión del alumbrado

octubre 2021

Agence pour l’Environnement et la Maîtrise de l’Energie (ADEME)

Para descargar: ademe-eclairage-exterieur-2021.pdf (3,9 MiB)

Luminarias

Una luminaria es un dispositivo que distribuye, filtra, transforma y dirige el flujo luminoso emitido por la fuente o fuentes de luz que contiene y protege. Tiene características estéticas, mecánicas, eléctricas y ópticas que son criterios esenciales en el proyecto de iluminación.

A. Tipos de luminarias

Existen varias familias de luminarias, según el tipo de instalación y el método de iluminación elegido:

• Luminarias en mástiles o en soportes de fachada: de 3 a 5 m de altura para iluminar plazas y zonas peatonales; y más de 5 m de altura para iluminar calles y carreteras;

• bolardos y columnas: los bolardos rara vez superan 1 m de altura y se utilizan principalmente para puntuar los pasos de peatones; las columnas pueden iluminar espacios más grandes;

• apliques: para iluminar las fachadas o las entradas de los edificios;

• focos: desde pequeñas luminarias que se colocan en el suelo o se instalan en edificios (a veces también en mástiles) para resaltar detalles arquitectónicos, hasta luminarias de gran potencia, la elección es amplia y depende de la aplicación;

• luminarias empotradas en el suelo: destinadas más bien a la señalización y orientación y a la puesta en valor del patrimonio, en los casos autorizados por la Orden de diciembre de 2018.

B. Características de la luminaria

La fotometría de la luminaria, representada por la distribución de sus intensidades luminosas (en candelas por kilolumen: cd/klm) según diferentes planos, indica en qué direcciones y con qué intensidad ilumina la luminaria. La energía o eficacia luminosa de la luminaria corresponde a su capacidad de producir luz por un vatio consumido. Se expresa en lúmenes por vatio (lm/W). El rendimiento total de la luminaria es su capacidad de devolver la luz producida por la fuente de luz que contiene. La mayoría de las luminarias están equipadas con un equipo de control para hacer funcionar su fuente: balasto o driver (para los LED). Los equipos electrónicos, que incorporan una función de control, permiten una gestión eficaz de la iluminación: detección, regulación, escenarios de iluminación.

En términos de eficiencia y vida útil, las nuevas fuentes de luz superan ahora a todas las tecnologías antiguas. La forma más eficaz de reducir los costes de funcionamiento es proporcionar una solución con una gestión que responda a la demanda y que reduzca tanto el consumo de energía como los costes de mantenimiento. Dependiendo del tipo, las luminarias LED ofrecen una vida útil de 50.000 a 100.000 horas. Para un uso prolongado en exteriores, una luminaria debe ser resistente a la penetración de polvo y humedad, es decir, al menos IP55, y normalmente IP65 o IP66.

C. La Carta del LED

La Carta LED, propuesta por el Sindicato de la Iluminación y la Federación de la Distribución de Material Eléctrico, es un documento de referencia abierto que permite comparar el rendimiento real de las luminarias ofrecidas por los proveedores. Ofrece veinte criterios esenciales para evaluar su calidad y fiabilidad. Cada criterio se define de la forma más sencilla posible, con una referencia al párrafo preciso de la norma técnica que debe utilizar el fabricante para indicar el nivel de rendimiento de su producto. En el caso de las luminarias de exterior, se trata de los siguientes criterios:

1. El flujo luminoso inicial total de la luminaria con su óptica, en lúmenes (lm).

2. La potencia total de la luminaria P en vatios (W).

3. La eficacia luminosa en lúmenes por vatio (lm/W)

4. La curva fotométrica de la luminaria (distribución de la intensidad luminosa que da valores en candelas (cd), o candelas / 1000 lm).

5. El valor de la intensidad máxima en candelas (cd);

6. La temperatura ambiente nominal de funcionamiento relacionada con el rendimiento de la luminaria tq, en °C.

7. El factor de mantenimiento del flujo luminoso x, en %.

8. La vida útil media LXX, en horas.

9. La dispersión inicial de las coordenadas tricromáticas expresada en niveles de elipses MacAdam (o SDCM, por Standard Deviation Colour Matching, que califica la homogeneidad del color de la luz de un tipo de luminaria).

10. La temperatura de color próxima en Kelvin (K).

11. El índice de reproducción cromática (CRI, o Ra).

12. Potencia en espera, para luminarias con sensores y detectores, en vatios (W).

13. La temperatura ambiente máxima de funcionamiento ta, en °C

14. El grupo de riesgo fotobiológico de la luz azul al que pertenece la luminaria.

15. El factor de potencia de la fuente de alimentación.

16. La clasificación IP.

17. Distorsión armónica total (THDi).

18. El IK se clasifica en una escala de 0 a 10, en función de la energía del impacto, que puede oscilar entre 0 y 20 julios.

19. La proporción de luz emitida por encima de la horizontal (Upward Light Ratio) ULR.

20. Código de flujo CIE 3.

D. Luminarias solares autónomas

Las luminarias solares son dispositivos de iluminación que funcionan con la energía solar recogida durante el día por paneles fotovoltaicos. Esta energía, almacenada en una batería, se libera por la noche para alimentar las luces LED. El panel solar puede actuar como célula crepuscular para activar la iluminación de la luminaria. Este funcionamiento (producción + almacenamiento + consumo de energía) requiere una gestión electrónica para optimizar el rendimiento del sistema y racionalizar el consumo de energía. La iluminación solar autónoma, es decir, no conectada a la red eléctrica, es aún más relevante desde el punto de vista económico cuando la red es defectuosa o incluso no existe. Estos sistemas complejos y bien dimensionados pueden utilizarse para muchas situaciones de iluminación. Las luminarias están sujetas a los mismos requisitos normativos y reglamentarios que las conectadas a la red eléctrica. La iluminación solar debe ser suficiente para alcanzar los niveles de iluminación recomendados en la zona a iluminar. Para ello es necesario estudiar la cantidad de luz solar y el nivel de uso: el sistema permite adaptar el perfil de iluminación a las necesidades reales. Con los sistemas híbridos (tanto de red como solares), los niveles de iluminación se mantienen durante toda la noche, ya que el suministro de energía cambia a la red durante la noche. Sin embargo, estos sistemas, que combinan los dos modos de alimentación, deben estar correctamente dimensionados para minimizar su impacto medioambiental.

a) Baterías

Hay tres tipos de tecnologías de baterías utilizadas para las farolas solares autónomas. La elección depende de varios factores como la temperatura exterior, la ventilación de la batería, etc. :

• Plomo-ácido: deben evitarse, ya que tienen una baja eficiencia y utilizan mucho material debido a un rango de uso limitado, y deben ser reemplazados cada 5 o 6 años;

• NiMH (hidruro metálico de níquel): la mayor capacidad útil permite reducir el tamaño de las baterías, que pueden funcionar a temperaturas extremas (de -40° a +70°);

• LiFePO 4 (fosfato de hierro de litio): estas baterías pueden aceptar altas profundidades de descarga manteniendo su vida útil.

El número de ciclos de carga-descarga posibles depende de la profundidad de descarga (porcentaje mínimo de energía restante) en cada ciclo. Las profundidades de descarga que aceptan las baterías de NiMH y LiFePO4 son mucho mayores que las de las baterías de plomo. Las luminarias equipadas con estas baterías no requieren un gran mantenimiento durante varios años.

b) Dimensionamiento de los paneles

El proyecto de iluminación solar requiere un buen conocimiento de la duración del uso de la luminaria. En efecto, no basta con saber que se necesita una determinada potencia por luminaria, sino que es imprescindible conocer la duración del encendido de la luminaria para dimensionar el panel fotovoltaico. Por ejemplo, calculamos que necesitamos 100 Wh de energía por noche (20 W de potencia durante 5 horas, o 2 horas al 100% y 6 horas al 50%).

Si la luminaria debe tener tres días de autonomía, la batería debe poder almacenar 100 Wh x 3, es decir, 300 Wh. Dependiendo de la tecnología de la batería y de su eficiencia, se puede deducir la cantidad total de energía necesaria. Dado que el panel solar pierde aproximadamente un 0,8% de su energía al año, es habitual sobredimensionarlo desde el principio para compensar la energía que se pierde con el tiempo y permitir que el panel solar produzca la misma cantidad de energía después de 25 años.

Se puede utilizar un software de dimensionamiento para calcular el tamaño de los paneles solares según la ubicación geográfica de la ciudad: se recomienda hacer los cálculos en función de la cantidad de sol en diciembre. Además, la inclinación del panel también es un elemento importante a tener en cuenta para garantizar una producción de energía suficiente durante todo el año.

En algunos casos, puede ser conveniente aceptar una tasa de servicio reducida en función de la carga de la batería, por ejemplo para preservar su vida útil. Esto debe hacerse con transparencia y consultando a la comunidad.

Gestión de la iluminación

La transición tecnológica, en particular hacia los LED, ha aportado la electrónica a todos los niveles: alimentación, protección, fuente de luz (que permite variar la intensidad y las temperaturas de color), detección, y ha integrado la conectividad que ofrece la posibilidad de añadir sistemas de comunicación.

La implantación de estas herramientas debe ser sencilla para el distribuidor y el instalador que programará el mantenimiento y para el diagnóstico en caso de avería. Estas herramientas van desde pequeñas aplicaciones para smartphones que escanean al conductor hasta sistemas de gestión muy sofisticados. Es importante que las operaciones de renovación se realicen, en la medida de lo posible, con luminarias actualizables. El cambio a fuentes más eficientes ya genera un ahorro de al menos el 40% (ganancias medias observadas para los LED). Para conseguir el máximo ahorro de energía, se pueden añadir sistemas de detección de presencia.

Además, estos dis- positivos permiten cumplir con los requisitos del decreto de diciembre de 2018 sobre la contaminación lumínica y la calidad del cielo nocturno y van de la mano de la conservación del medio ambiente. Una instalación envejecida, que utilice fuentes de tecnología antigua y se apague unas horas por la noche, siempre consumirá más en general que una instalación que utilice las fuentes más eficientes de hoy en día, dotada de fotometría que reduzca las molestias de la luz, y provista de dispositivos de gestión, con detección de presencia, por ejemplo.

A. Las diferentes funciones de gestión

El reto es encontrar el nivel de inteligencia adecuado para cada contexto. Por lo tanto, en la misma ciudad, las respuestas son siempre mixtas.

• El encendido y apagado puede hacerse con un reloj astronómico o un sistema de detección de luminosidad.

• El controlador o el balasto pueden configurarse para que se atenúen en medio de la noche, por ejemplo, al 100% al principio y al final de la noche, y con mesetas en niveles más bajos en momentos intermedios.

• Detección de presencia, por ejemplo, en carriles bici o zonas con tráfico peatonal.

• Función de grupo: un conjunto de luminarias que se comunican entre sí, por ejemplo, una luminaria es capaz de enviar una señal a una luminaria vecina para indicar que ha detectado una presencia, y así sucesivamente, para iluminar toda una zona. Mediante la parametrización, se pueden crear grupos y definir escenarios de iluminación. Esta función se despliega en lugares donde hay conflictos entre la biodiversidad y los usos humanos y, por tanto, a menudo está vinculada a sensores (a lo largo de un canal, en un parque, etc.), o en conexión con rutas de movilidad (acompañamiento de tranvías, carriles bici).

• La puesta en común de los sensores y los sistemas de comunicación permite reducir aún más los costes de explotación y facilitar el despliegue de estas tecnologías para que sean pertinentes para los usuarios, que deben ir acompañados de luz suficiente para ver y ser vistos. Para alcanzar este nivel es necesario que los propietarios reflexionen y planifiquen cuidadosamente.

B. De la iluminación inteligente a los territorios inteligentes

La ciudad inteligente es ante todo una ciudad correctamente iluminada, donde y cuando se necesita. La tecnología actual lo hace posible: con sensores, detectores de presencia y sistemas de regulación que ofrecen la posibilidad de bajar el nivel de iluminación en modo de espera y subirlo al nivel de uso cuando se detecta movimiento, ya sea el paso de una persona o de un vehículo.

En este nivel de gestión, existen controles automáticos específicos para la iluminación, por ejemplo:

• Recogida de datos para el mantenimiento y la explotación;

• comparar las distintas zonas para perfeccionar la gestión;

• programar los sistemas a distancia y controlarlos en función de los acontecimientos (Día de la Bastilla, Fiesta de la Música, Noche de los Museos, etc.) o en función de determinadas restricciones, o para reforzar la seguridad en caso de condiciones meteorológicas difíciles, atascos o accidentes.

Pero también es posible añadir funcionalidades que tengan en cuenta otros servicios a nivel de la ciudad. En cuanto la luminaria se conecta y es capaz de enviar información a una pasarela segura, la luminaria puede recoger estos datos útiles (medición del tráfico, por ejemplo). Ahora es esencial tener en cuenta los requisitos de seguridad digital de acuerdo con la Ley Europea de Ciberseguridad y elegir sistemas que estén conectados por diseño para protegerse contra actos maliciosos.

La densa y enmarañada infraestructura de postes y farolas del alumbrado público permite otras aplicaciones digitales, sobre todo porque se beneficia de una red eléctrica específica.

Por ejemplo, es posible integrar una antena de retransmisión de comunicaciones en una farola; el mástil también puede albergar sensores de aire, altavoces, cámaras de vigilancia, etc., todos ellos elementos conectados que normalmente requerirían la instalación de soportes adicionales.

Estos puentes hacia otros usos van más allá del ámbito puramente lumínico, sino que consideran el mástil como un soporte que ofrece nuevos servicios. El diseño de estas instalaciones se realiza de forma transversal entre diferentes profesiones. La red así creada constituye una infraestructura de comunicación para todos los sensores de la ciudad inteligente del futuro.

Referencias

Para ir más allá