Directrices para el diseño de alumbrado vial con energía solar en zonas rurales y aisladas

Tabla de contenidos

Prólogo: Diseño de alumbrado público solar para zonas rurales y aisladas

La iluminación vial alimentada por energía solar es una solución importante Para abordar la accesibilidad energética en zonas sin cobertura de la red eléctrica. Las regiones rurales y remotas enfrentan desafíos como una cobertura de red eléctrica inferior a 40%, altos costos de electricidad (con cableado tradicional que cuesta más de $15,000/km) y dificultades de mantenimiento. Los sistemas solares, con cero emisiones de carbono, costos operativos significativamente menores (hasta 95% menos que la red eléctrica) y ventajas de implementación modular, se perfilan como una opción ideal fuera de la red. Esta guía busca ayudar a gobiernos locales, departamentos de planificación, ingenieros y representantes de la comunidad, brindándoles una referencia adecuada para caminos rurales, senderos de conexión y vías de acceso, logrando una iluminación segura y la autosuficiencia energética mediante un diseño integrado.

Capítulo 1: Disposiciones generales y principios de diseño

1.1 Objetivos clave

Prioridad de seguridad: Asegúrese de tener una iluminación nocturna básica (iluminancia ≥ 5 lux) dentro de un presupuesto energético limitado.
Autosuficiencia energética: Se recomienda el uso de sistemas solares fuera de la red, evitando modelos de suministro de energía mixtos.
Eficiencia energética extrema: Se recomienda que la eficiencia de la fuente de luz supere los 150 lm/W (por ejemplo, LED con chip Purui).
Optimización del costo del ciclo de vida: La inversión inicial (CAPEX) y los costos operativos a 20 años (OPEX) son 60% más bajos que los de los sistemas tradicionales.

1.2 Conceptos fundamentales de diseño

Diseño de coordinación iluminación-energía: La demanda de iluminación determina directamente la capacidad de los paneles solares y las baterías (por ejemplo, un LED de 60 W coincide con un panel solar de 80 W y una batería de 60 Ah).
Estandarización de equipos:
- Alumbrado público integrado: Adecuado para postes de 6m~12m, integrando paneles solares y baterías (clasificación de protección IP67).
- Alumbrado público separado: Adecuado para postes de más de 8 m, con baterías enterradas para refrigeración y ángulos de paneles solares ajustables.

Capítulo 2: Órdenes de iluminación

2.1 Áreas de iluminación recomendadas

Intersecciones: Iluminancia ≥ 15 lux, uniformidad Uo ≥ 0,4.
Pasos de peatones: Se recomienda utilizar fuentes de luz ámbar (< 2200K) para reducir la perturbación ecológica.

2.2 Áreas de iluminación restringida

Zonas de Protección Ecológica: Se recomienda evitar la luz blanca, utilizando en su lugar señalización reflectante para iluminación pasiva.

Capítulo 3: Diseño óptico y estructural

3.1 Estándares de iluminación de bajo consumo

Tipo de carretera	Iluminancia media (Eav)	Uniformidad (Uo)	Índice de deslumbramiento (TI)
Carreteras principales rurales	10-15 lux	≥0,4	≤15
Caminos secundarios residenciales	5-8 lux	≥0,3	≤20

Nota: Los estándares son 30% más bajos que los requisitos urbanos, con una reducción de 40% en la potencia de la fuente de luz.

3.2 Especificaciones de la fuente de luz y del dispositivo

Fuente de luz:Temperatura de color del LED ≤3000K (zona ecológica ≤2200K), si se busca una iluminación más limpia y más llamativa, se puede utilizar hasta 5000k~7000k, no recomendándose las lámparas de sodio de alta presión.
Partidos: Tipo de corte completo, equipado con lentes ópticas secundarias para minimizar la luz derramada.

3.3 Puntos de diseño estructural

Ángulo de inclinación del panel solar: Latitud × 0,9 + 23° (caso Xining: 36°N → ángulo de inclinación 50°).
Diseño de resistencia al viento: Los soportes deben soportar velocidades de viento ≥ 32 m/s (nivel de tifón 12).
Prevención de sombras: No se permiten árboles ni edificios que proyecten sombras a menos de 10 m del panel solar.

Capítulo 4: Diseño de sistemas de energía solar y gestión inteligente

4.1 Fórmulas de diseño

Capacidad del panel solar: P _PV = ( _carga E × 1,2) / (PSH × η) (donde E_carga = consumo diario de energía, PSH = horas pico de sol, η = eficiencia del sistema ≈ 0,75).

Capacidad de la batería: C _bat = (E _carga × D _autonomía ) / (V _sistema × DoD) (donde D_autonomía = días de autonomía, V_sistema = voltaje del sistema, DoD = profundidad de descarga).

Ejemplo: para luces de 60 W en Sichuan durante 7 días de lluvia → se requiere una batería de fosfato de hierro y litio de 72 V 60 Ah.

4.2 Estándares de selección de equipos

Componente	Solución técnica	Ventajas
Batería	Fosfato de hierro y litio (LiFePO₄)	Vida útil del ciclo > 4000 veces, operativo hasta -20 °C
Controlador	MPPT frente a PWM	Aumenta la eficiencia de generación de energía en 30%
Panel solar	Monocristalino (eficiencia >22%)	Mejor respuesta con poca luz que los policristalinos

4.3 Estrategias de control inteligente

Atenuación de varios pasos:

            18:00-22:00 → 100% Brillo 22:00-05:00 → 30% Brillo 05:00-06:00 → 70% Brillo

Detección de microondas: El brillo aumenta instantáneamente a 100% cuando se acercan personas o vehículos, lo que reduce el consumo de energía en 40%.

Capítulo 5: Protección del medio ambiente

5.1 Beneficios ambientales

Reducción de carbono: Cada lámpara reduce las emisiones de carbono en 480 kg por año (en comparación con los generadores diésel).
Control de la contaminación lumínica: Los accesorios de corte total combinados con fuentes de luz ámbar reducen las tasas de atracción de insectos en un 70%.

Capítulo 6: Instalación y mantenimiento

6.1 Especificaciones de construcción

Instalación de paneles solares: Error de orientación ≤ 5°, error de ángulo de inclinación ≤ 2°.
Batería enterrada: Se recomienda estar en una cámara de hormigón a 1m bajo tierra, con control de temperatura de ±10°C.

6.2 Sugerencias de operación y mantenimiento

Período	Tarea	Estándar
Mensual	Limpieza de paneles solares	Pérdida de transmisión de luz ≤ 5%
Anualmente	Comprobación del estado de la batería	Estado de Salud (SOH) ≥ 80%
Cada 5 años	Reemplazo de batería	Reemplazar cuando la capacidad baje a 70%

Nota: La acumulación de polvo puede provocar una disminución de 15-30% en la eficiencia de generación de energía, y los robots de limpieza en seco logran una eficiencia de limpieza > 98%.

Esta guía integra estándares internacionales (BS EN 13201, IES RP-8) con estudios de casos localizados, ofreciendo diseño colaborativo energía-iluminación-ecología Para soluciones de iluminación sostenible en zonas remotas. Para conocer los parámetros técnicos detallados, consulte las normas aplicables y las bibliotecas de soluciones del fabricante.