Experiencias de Eficiencia Energtica en los Sistemas de Iluminacin Pblica

Expositor Dr. Ing. Alberto Ros Villacorta

Resumen - El presente artculo describe las experiencias existentes de eficiencia energtica en la gestin y operacin de los sistemas de alumbrado pblico, implementado en diferentes pases del mundo. Asimismo, se describen en detalle la evolucin de las tecnologas de iluminacin y las funcionalidades de las innovadoras tcnicas de control de los sistemas de iluminacin. Finalmente, se describen los beneficios econmicos y medioambientales, asociados a la implementacin de sistemas eficientes de gestin, operacin y control de los sistemas de iluminacin pblica.

1. INTRODUCCIN

Actualmente, los sistemas de iluminacin de alumbrado pblico presentan un excesivo consumo de energa elctrica y, por tanto, elevados costes econmicos e impactos medioambientales. El alumbrado pblico abarca la iluminacin de espacios, parques y vas pblicas de libre circulacin para personas y vehculos., con el objetivo de garantizar la visibilidad adecuada para la movilidad y seguridad de los ciudadanos.

Entre el ao 2011 y 2050, se estima que la poblacin urbana aumentar en unos 2.600 millones. Actualmente, las ciudades albergan aproximadamente al 50% de la poblacin mundial, pero consumen entre el 60- 80 % de la electricidad total y emiten alrededor del 75% de los gases de efecto invernadero, GEI. Se estima que el consumo de electricidad en todo tipo de iluminacin representa el 15% del total de consumo mundial de energa elctrica y el 5% de las emisiones GEI segn The United Nations Environment Programme, UNEP Global Environment Facility, GEF. En el mundo existen alrededor de 300 millones de farolas instaladas y se espera que superen las 330 millones en el ao 2025.

En Europa, el consumo energtico de obsoletos e ineficiente sistemas pblicos de iluminacin representa entre el 30-50% del consumo total elctrico en los municipios, existiendo un enorme potencial de ahorro energtico, entre el 30-70%. En Espaa, en algunos municipios, el consumo de energa en el alumbrado pblico puede alcanzar el 80% del consumo total de electricidad. Se estima que alrededor del 40% del presupuesto municipal de una ciudad europea est destinado a la iluminacin pblica.

En el ao 2014, segn la Administracin de Informacin de Energa de Estados Unidos, EIA, se estima que Estados Unidos consumi alrededor de 412 TWh de electricidad para la iluminacin del sector residencial y el sector comercial. En Estados Unidos, el consumo elctrico en iluminacin representa el 15% del consumo total de electricidad en los sectores residencial y comercial, y alrededor del 11% del consumo total de electricidad. En el sector comercial que incluye edificios, vas pblicas y carreteras se consumi aproximadamente 262 TWh de electricidad en sistemas de iluminacin.

Europa cuenta con aproximadamente 56 millones de luminarias que representan un consumo elctrico de 35 TWh. El alumbrado pblico en Espaa representa el 10% del consumo total de energa elctrica en sistemas de iluminacin, equivalente a 116 kW por ao y por habitante. Adems, Espaa cuenta con ms de 4 millones 800 mil luminarias, la tercera parte son tecnologas obsoletas e ineficientes.

En la India existen alrededor 4,4 millones de luminarias con un consumo de 699 TWh, con una emisin equivalente a 2,3 millones de toneladas de emisiones de CO2. En Mxico, en el ao 2012, la Comisin Federal de Electricidad evalu el impacto ambiental de la sustitucin de luminarias convencionales por luminarias LED. Se estim un ahorro en energa del 64 %, equivalente a 33.192 toneladas de dixido de carbono que no sern emitidas a la atmsfera.

En la tabla 1, se resume un anlisis comparativo del consumo de energa elctrica en los sistemas de iluminacin convencional as como el coste econmico e impacto medio ambiental de los sistemas de iluminacin en diferentes pases industrializados.Tabla 1. Consumo de energa elctrica, coste econmico y emisiones de CO2 para diferentes pases del mundo.

2. ASPECTOS TCNICOS Y ECONMICOS DE LOS SISTEMAS DE ILUMINACIN

Desde finales de los aos 90, la irrupcin de la tecnologa LED ha condicionado el diseo y dimensionado de los sistemas de iluminacin. En la figura 1, se observa la evolucin histrica de las diferentes tecnologas de iluminacin en funcin del flujo luminoso emitido por vatio, lm/W. En el ao 2010, las tecnologas LED presentaban valores de flujo luminoso superiores a 100 lm/W. Actualmente, diferentes fabricantes ofrecen luminarias basadas en tecnologas LED con valores de flujo luminoso por vatio iguales a 140-150 lm/W. La tecnologa LED presenta una evolucin tecnolgica muy acelerada en comparacin con otras tecnologas. As, la eficacia de los tubos fluorescentes se ha duplicado en 60 aos mientras que la eficacia de la tecnologa LED se ha decuplicado en 10 aos, entre el ao 2000 y 2010.

Figura 1: Evolucin histrica de la eficacia luminosa de diferentes tecnologas de iluminacin.

El Departamento de Energa de los Estados Unidos estima que la eficacia de las luminarias LED alcanzar los 250 lm/W en el ao 2020, con un ahorro de energa de hasta un 90% al sustituir luminarias ineficientes en diversas aplicaciones.En la Figura 2, se muestra la previsible evolucin de eficacia de las luminarias LEDs en lm/W, hasta el ao 2025. Se observa que en el ao 2020, las tecnologas LED proporcionarn ms de 100 lm/W en comparacin con las luminarias Fluorescentes Lineales (LFL) y las luminarias de Descarga de Alta Intensidad (HID), que no superarn un valor mximo de flujo luminoso por vatio igual a 115 lm/W.

Figura 2. Evolucin de la eficiencia de la tecnologa LED en comparacin con otras tecnologas al ao 2025. En Estados Unidos, el Departamento de Energa prev que para el ao 2030 la mayora de sistemas de iluminacin cuenten con tecnologa LED, que proporcionarn el 88% de lmenes por hora de la iluminacin total. Asimismo, se estima que para el ao 2030, la tecnologa LED puede ahorrar hasta 261 TWh por ao, equivalente a una reduccin del 40% del consumo de electricidad en un escenario sin luminarias LED. Proyecciones ms optimistas, consideran que el ahorro anual de energa se podra incrementar hasta 395 TWh en el ao 2030, equivalente a una reduccin del 60% del consumo de electricidad en los Estados Unidos de Norteamrica en un escenario sin luminarias LED.

Tabla 2. Caractersticas tcnicas de las diferentes tecnologas de iluminacin [15, 16, 17,18]Las luminarias LED presentan mejores caractersticas tcnicas que otras tecnologas de iluminacin como las lmparas incandescentes, halgenas, fluorescentes compactas y la mayora de las fluorescentes lineales. En la tabla 2, se observa una comparativa de las caractersticas tcnicas de los diferentes tipos de sistemas de iluminacin existentes. El 90% de la energa que proporcionan las luminarias incandescentes se transforma en calor y nicamente el 10% se destina al flujo luminoso. Mientras las bombillas incandescentes de 100 vatios presentan una eficacia de 15 lmenes por vatio, las luminarias fluorescentes compactas, CFL, y la tecnologa LED presentan un flujo luminoso de 65 y 120 lmenes por vatio, respectivamente.

La eficacia luminosa de las luminarias LED se incrementar significativamente hasta el ao 2020, figura 3. As, la tecnologa LED de luz blanca fra presentar valores de eficacia luminosa cercanos a 250 lm/W en el ao 2020. Por otro lado, se estima que la eficacia luminosa de las luminarias LED de luz blanca clida supere los 230 lm/W, aproximadamente.

Figura 3 Evolucin de la eficacia luminosa de las luminarias LED entre el ao 2005 y 2020 [17].

En la figura 4, se observa la eficacia luminosa de las diferentes tecnologas de iluminacin existentes y de la tecnologa LED. Se muestran los valores de eficacia luminosa de la tecnologa LED en el ao 2015 y la esperada al ao 2020.

Figura 4. Eficacia luminosa de las diferentes tecnologas de iluminacin.La sustitucin de luminarias convencionales por tecnologas LED permite un ahorro de energa que puede oscilar aproximadamente entre un 50% y el 70%. Las luminarias LED proporcionan una mejor visibilidad para los peatones y el trfico vehicular y una significativa reduccin de la contaminacin lumnica. La vida til de las luminarias LED es de aproximadamente 55 mil horas y con sofisticados controles inteligentes de iluminacin pueden superar las 100.000 horas.

Las luminarias LED presentan elevados costes de instalacin en comparacin con las tecnologas de iluminacin existentes. Adems, la tecnologa LED ofrece beneficios adicionales, entre los que se destacan: la vida til, la calidad del color, la regulacin de compatibilidad, el impacto medioambiental, la distribucin del flujo luminoso y las diferentes funcionalidades de control, gestin y operacin. En la figura 5, se muestra el ahorro econmico obtenido al sustituir luminarias incandescentes, halgenas y fluorescentes compactas por tecnologa LED, para un periodo de 25 aos de vida.

Figura 5. Incremento del coste de consumo de energia de luminarias incandescentes, halgenas y CFL [13].

Las luminarias habitualmente se comparan en funcin del precio por kilolumen, $/klm. La inversin necesaria para la instalacin de luminarias halgenas, fluorescentes compactas e incandescentes es ms econmica que las luminarias LED. No obstante, el menor gasto econmico en el consumo de energa de la tecnologa LED, debido a su mayor eficacia luminosa, y la necesidad de reemplazarlas con menor frecuencia, explica el menor coste econmico de las instalaciones con tecnologa LED, en comparacin con sistemas de iluminacin incandescentes, fluorescentes compactas y halgenos. En la figura 5, se observa que el incremento de coste del consumo de energa en las luminarias incandescentes y halgenas es muy significativo comparado con el coste de reemplazo de esas luminarias. En 1-2 aos, las luminarias LED recuperan la inversin. En un horizonte de tiempo de 25 aos, una luminaria LED con una eficacia luminosa de 78 lm/W proporciona un ahorro de USD 156 en comparacin con una lmpara incandescente de 15 lm/W.

3. INTEGRACIN DE TECNOLOGIA LED EN EL ALUMBRADO PBLICO

En la actualidad, la tecnologa LED es considerada como la mejor alternativa para incrementar la eficiencia energtica en los sistemas de iluminacin. Es posible reducir el consumo de energa hasta un 85% con ayuda de las luminarias LED. Adems, presentan reducidas emisiones de calor, mantenimiento mnimo y una prolongada vida til en comparacin con las tecnologas de iluminacin existentes. En muchas ciudades del mundo se han implementado proyectos de sustitucin de luminarias convencionales en sistemas de alumbrado pblico por luminarias con tecnologa LED. Por ejemplo, en la figura 6, se observa el impacto de las luminarias LED en la ciudad de Los ngeles, California.

Figura 6: Impacto de la tecnologa LED en Los ngeles.

En Alemania, en varias ciudades se han reemplazado luminarias ineficientes y obsoletas por tecnologa LED. As, en Halle, se reemplazaron 22.000 luminarias convencionales por luminarias con tecnologa LED, obtenindose un ahorro en el presupuesto anual de aproximadamente un 37%. En Burgdorf y Lehrte, se sustituyeron 2.700 y 4.500 luminarias, obteniendo un ahorro del 43% y 54% de energa, respectivamente. En Surrey, Reino Unido, se reemplazaron 6.600 luminarias por tecnologa LED, que proporcionan un ahorro anual de energa equivalente a 5,3 GWh y a 750 toneladas de emisiones de CO2.

En los Estados Unidos, en ms de una docena de ciudades se han implementado proyectos de modernizacin del sistema de alumbrado pblico o se encuentran en la actualidad en proceso de sustitucin de las luminarias convencionales por luminarias eficientes con tecnologa LED. En ciudades como Los ngeles, Houston, Atlanta, Austin, Baltimore, Boise, Chicago, Washington DC, Dallas y Seattle, se han reemplazado un total de 600.000 luminarias del alumbrado pblico, con una reduccin de aproximadamente 198 millones de kWh y 126 mil toneladas de CO2 al ao.

La ciudad de El Paso, Texas, Estados Unidos, inici un proyecto de modernizacin de la eficiencia energtica a gran escala en el ao 2008. El proyecto se basa en el reequipamiento de semforos, iluminacin de edificios municipales y el mejoramiento del sistema de alumbrado pblico. En la ciudad de El Paso se han reemplazado un total de 8.200 luminarias. En agosto de 2014, se inici un nuevo proyecto con el objetivo de sustituir 10.600 luminarias adicionales por luminarias con tecnologa LED.

En el 2014, la ciudad de Houston anunci el inicio de un programa de sustitucin de la totalidad de sus 164.000 luminarias por luminarias LED, durante los prximos cinco aos. Los ahorros previstos, una vez terminado el proyecto, es de unos 54 millones de kWh al ao equivalente a uno $ 2.7 millones en ahorros anuales.

En enero de 2015, se present un informe con el propsito de difundir las barreras a la adaptacin del actual sistema de alumbrado pblico con tecnologa LED en las ciudades de Texas y Oklahoma, Estados Unidos. En el informe se indica que se pretende iniciar un proyecto de modernizacin del alumbrado pblico con tecnologa LED en el ao 2015.

En enero de 2015, la Autoridad de Investigacin y Desarrollo de Energa del Estado de Nueva York, NYSERDA, present un informe que analiza el ahorro potencial tanto energtico como econmico gracias a la sustitucin las luminarias convencionales del alumbrado pblico de Nueva York por luminarias con tecnologa LED. El mencionado informe presenta las siguientes conclusiones:

El ahorro de energa resultante de la sustitucin de las luminarias convencionales por luminarias con tecnologa LED sera aproximadamente de 524 GWh al ao. Se estima un ahorro econmico de energa de $28 millones por ao. El ahorro por mantenimiento se reducira en $ 67 millones al ao. Adicionando controles avanzados de iluminacin, se podra obtener un ahorro de $2.2 millones. El ahorro total por ao, suponiendo la sustitucin de todas las luminarias existentes en Nueva de York, se estima aproximadamente de $97 millones de dlares anuales .

En la tabla 3 se resumen las conclusiones presentadas.

Tabla 3: Ahorro potencial en el Estado de Nueva York.

4. SISTEMAS DE CONTROL Y GESTION DEL ALUMBRADO PBLICO

En la actualidad, todas las investigaciones relacionadas con los sistemas de iluminacin se centran en implementar dispositivos y elementos que reduzcan significativamente el consumo de energa elctrica. Los innovadores sistemas de control de luminosidad y la integracin de energas renovables para el suministro de energa a las luminarias son las innovaciones tecnolgicas ms experimentadas. En los siguientes prrafos, se describen los estudios ms relevantes de diferentes investigaciones realizadas, con el objetivo de reducir el consumo energtico gracias a la integracin de sistemas de control de luminosidad en las luminarias y de sistemas renovables de generacin elctrica.

A finales del siglo XXI, se iniciaron las investigaciones e innovaciones tcnicas relacionadas con la implementacin de sistemas de control inteligente en los sistemas de iluminacin en calles y vas. En Holanda, en los aos 90, se implement un proyecto piloto de control inteligente del sistema de iluminacin en 14 kilmetros de una autopista de 6 carriles. El prototipo evalu los niveles de iluminacin a aplicar en funcin de la capacidad de percepcin y conduccin segura. El proyecto piloto demostr que no existen efectos negativos a niveles de iluminacin equivalentes al 20 % del nivel de iluminacin convencional.

Entre el ao 2005 y 2008, varios pases europeos - Noruega, Portugal, Bulgaria, Suecia, Eslovenia, Alemania, Dinamarca, Repblica Checa, Polonia, Irlanda, Finlandia y Holanda - consolidaron el proyecto EStreet. En el proyecto se propuso un esquema de tele-gestin del alumbrado pblico en las autopistas, adaptado e implementado en cada pas participante en funcin de sus caractersticas meteorolgicas y condiciones geogrficas particulares. El esquema de tele-gestin consta de un grupo de sensores que recogen informacin de las condiciones climticas y del trfico vehicular. La informacin recogida es procesada en unidad central, la misma que enva seales de control de luminosidad a las luminarias a travs de diferentes protocolos de comunicacin, figura 7.

Figura 7: Arquitectura del sistema de tele-gestin en alumbrado pblico.

En el Proyecto E-Street, se realiz el clculo de ahorro de energa gracias a la implementacin de un sistema de control de iluminacin en una autopista. Un sistema de tele-gestin controla la iluminacin en 1000 luminarias,con una potencia instalada de 150 W por luminaria. Una cabina de control contiene un sistema de programacin y control de 100 luminarias y funcionan segn los datos astronmicos de la localizacin geogrfica. En Europa, se obtendrn mayores ahorros de energa en invierno que en verano. La implementacin de sistemas de tele-gestin de los sistemas de iluminacin, basados en datos meteorolgicos, permiten un ahorro hasta un 45 % en relacin a los consumos convencionales sin ningn tipo de control. La implementacin de un sistema inteligente de telegestin de la iluminacin en las calles, vas y autopistas de Europa permitira obtener un ahorro anual de 36 TWh, un 63,7 % del consumo total de energa elctrica dedicado a los sistemas de iluminacin. En la figura 8, se observa el comportamiento diario de un sistema de tele-gestin y el nivel de ahorro que se puede obtener.Figura 8: Ahorro de los sistemas de telegestin.

En Noruega, en la ciudad de Oslo, desde el ao 2003, se ha implementado uno de los ms innovadores sistemas de control de iluminacin para autopistas. En el ao 2005, en los alrededores del noreste de la ciudad de Oslo se reemplazaron 4500 luminarias, con un total instalado de 677,8 kW y un promedio de 150,6 W de potencia instalada en cada luminaria, por 4400 luminarias, con un total instalado de 444,3 kW y un promedio de 101 W de potencia instalada en cada luminaria. El simple recambio de antiguas luminarias permiti obtener un ahorro de 34,5 % en la potencia instalada total de las luminarias. En Noruega, adems, se ha implementado un sistema de control en el tramo de autopista entre las ciudades de Oslo y Asker con una reduccin en el consumo de energa igual al 30 %. El re-diseo del sistema de iluminacin en Oslo demostr la posibilidad de un importante ahorro energtico, aproximadamente un 70 %, al sustituir luminarias de vapor de mercurio por luminarias de sodio de alta presin. La reduccin de consumo energtico se realiz en dos fases: el reemplazo de luminarias poco eficientes y el control inteligente de la luminosidad de las luminarias, figura 9.Figura 9: Evolucin del sistema de iluminacin en Oslo.En la ciudad de Oslo, 100 servidores de Internet permiten la monitorizacin del sistema de iluminacin pblica. El sistema de telegestin implementado permite controlar 55000 luminarias conectadas a la red del servicio de alumbrado pblico. En la figura 10, se muestra la conexin del sistema de iluminacin con los servidores de Internet. El sistema de comunicacin implementado entre luminarias utiliza la tecnologa power line comunications, PLC.

Figura 10: Sistema de comunicacin del alumbrado pblico en Oslo.

Se estima que la implementacin de 10 mil luminarias modernas de cualquier sistema de iluminacin pblica de autopistas, vas y calles en la ciudad de Oslo podra evitar la emisin de 1440 toneladas anuales de CO2 en pases con un sistema elctrico basado en centrales trmicas de carbn o petrleo.

Por otro lado, en Suecia, entre agosto del ao 2006 y septiembre del 2007, se implement un sistema de control de iluminacin adaptativa en un tramo de autopista que une las ciudades de Gothenburg, Hgsboleden y Tuveleden. En el mencionado tramo, se reemplaz 366 luminarias tradicionales de elevado consumo elctrico por 283 luminarias inteligentes de mayor eficiencia.

La sustitucin de luminarias, en varias ciudades suecas, permiti un ahorro del 37 % en verano y se espera que ese porcentaje aumente entre el 40 % y 45 % en la estacin de invierno. El sistema est conformado por dos esquemas: una red de sensores detectan las condiciones meteorolgicas y del flujo vehicular, conectados a travs de una red PLC hacia las luminarias; y un nodo de red que permite la monitorizacin del sistema desde un ordenador. Se estim que el tiempo de retorno de la inversin se encuentra en un rango entre 8 y 12 aos, figura 11.Figura 11: Sistema de control de iluminacin en Gothenburg, Hgsboleden y Tuveleden.

En Finlandia, dentro del proyecto E-Street, se ha implementado un sistema inteligente que recoge informacin del trfico vehicular, las condiciones climticas y la calidad de iluminacin en las vas. En un tramo de 4 kilmetros de autopista se controlan 492 luminarias que garantizan el servicio de iluminacin en la carretera. En un futuro, se espera que el sistema garantice un ahorro en iluminacin vial y una mejor calidad y eficiencia del servicio. La comunicacin de las luminarias est basada en una red telefnica, figura 12.

Figura 12: Sistema de control de iluminacin en Finlandia.

En la Repblica Checa, bajo financiacin del proyecto E-Street, se implement un sistema de control de iluminacin individual para cada luminaria. En su capital, la ciudad de Praga, se han instalado sistemas de ahorro de energa como el sistema de tele- gestin Luxicom. Inicialmente, se tena un consumo de 5080 kWh/ao, con la implementacin del moderno sistema de tele-gestin se consume 3911 kWh/ao, se calcula un ahorro del 23 %, figura 13.

Figura 13: Esquema bsico del sistema de gestin de iluminacin Luxicom.

En Bulgaria, bajo el proyecto E-Street, se puso en ejecucin varios proyectos de iluminacin eficiente. As en la ciudad de Sofa, el municipio planific el diseo de un sistema piloto de iluminacin inteligente. En este sentido, la empresa SIEMENS ha desarrollado un sistema de iluminacin inteligente en la ciudad de Sliven. Por otro lado, el diseo del sistema de iluminacin en la ciudad de Varna se implement en cuatro niveles: un centro de informacin y control, segmentos controlados, luminarias controladas y balastros electrnicos o magnticos, que controlan el nivel de luminosidad de las luminarias. El sistema est enlazado a travs de las redes existentes y en algunos tramos por una red GSM.

Por otra parte, en Blgica, gracias al proyecto E-Street, se desarroll e implement un innovador sistema de iluminacin. El sistema presenta un mayor ahorro en iluminacin pblica al controlar el nivel de iluminacin de las luminarias en funcin de las condiciones meteorolgicas y del flujo vehicular. Las zonas de iluminacin se controlan de manera independiente empleando una interfaz grfica de control que opera a travs de un nodo de comunicaciones inalmbricas NWC conectado a internet, figura 14.

Figura 14: Sistema de control de iluminacin en Blgica.En el ao 2009, en Polonia, la empresa Elektroim S.A. realiz una importante investigacin sobre la implementacin de un sistema de gestin del alumbrado pblico denominado Jpiter. El sistema SCADA establece una comunicacin inalmbrica con los dispositivos de interfaz humana HID, K-HID. En la figura 15, se muestra la estructura del sistema de gestin Jpiter y las principales conexiones entre sus capas de gestin.

Figura 14: Estructura del sistema de gestin de alumbrado pblico JPITER.

El sistema de gestin SCADA, anteriormente mencionado, se desarroll en tres etapas:

- La primera etapa se bas en el desarrollo del software de gestin del alumbrado pblico, ofreciendo as una interfaz amigable con el usuario para una futura comercializacin.

- La segunda etapa correspondi a la realizacin de las mediciones del balastro electrnico, controlando el paso de corriente elctrica hacia las luminarias. Las mediciones se realizaron en las instalaciones de los laboratorios de la Universidad de Tecnologa de Wroclaw en Polonia.

- La tercera y ltima etapa se centr en el anlisis econmico de los diversos factores que influyen los costos de operacin y mantenimiento del sistema Jpiter y en una evaluacin comparativa con los sistemas de alumbrado tradicional.

En el ao 2012, en la India, se implement un control de iluminacin inteligente basado en una red inalmbrica que permite realizar una monitorizacin adaptativa en tiempo real del sistema de iluminacin de la carretera. El sistema de monitorizacin se basa en una red inalmbrica conformada por tecnologa GPRS, un microprocesador y terminales informticos, figura 16.Figura 16: Sistema de monitorizacin de iluminacin adaptativo.

El sistema de monitorizacin adaptativo integra cinco subsistemas: un equipamiento de deteccin al borde de la va, un sistema de potencia, un control local del sistema, un sistema de control de supervisin central y un sistema de comunicacin en red. El control del sistema de iluminacin permite reducir el nivel de luminosidad en un 40 % para las horas en que no existe aglomeracin de flujo vehicular. Una reduccin de la luminosidad superior al 50 % afecta a la visin de humana, puesto que el mencionado nivel de iluminacin es imperceptible para el ojo humano. Por otro lado, la comunicacin de las luminarias se establece a travs de una interfaz ZigBee- GPRS donde los datos son procesados por un microcontrolador.

En el ao 2012, en la Facultad de Ingeniera Elctrica de la Universidad de Osijek, Croacia, se present un novedoso sistema de deteccin vehicular, basado en una red ZigBee de sensores de transmisin de informacin. El mencionado trabajo se divide en dos propuestas. En la primera, se realiza la monitorizacin del flujo vehicular y las condiciones atmosfricas que se presentan durante el da. Mientras que la segunda propuesta consiste en implementar un sistema de monitorizacin en tiempo real del trfico existente. Si existen vehculos circulando por la autopista, el sistema predice su movimiento y enva seales inalmbricas a las luminarias para incrementar su luminosidad en un radio de 350 metros de alcance, figura 17.

En Marruecos, en la Universidad Al Akhawayn, en el ao 2014, se desarroll una red de sensores que transmiten informacin a travs de mdulos ZigBee. En conjunto, los dispositivos ZigBee y las luminarias se integran en un eficiente sistema de iluminacin. Para obtener un nivel eficiente de iluminacin, el mencionado sistema establece una distancia mxima entre las luminarias igual a 15 metros. Si el vehculo es detectado en un tramo de autopista, los sensores transmiten la informacin a una unidad de control, que procesa dicha informacin y las luminarias incrementan su flujo luminoso, figura 18.

Figura 17: Sistema de iluminacin en base a la deteccin de vehculos.

Figura 17: Esquema del sistema de iluminacin eficiente con sensores en red

La aplicacin de las tecnologas Cloud Computing a la gestin de los sistemas de iluminacin en el alumbrado pblico es un tema que genera gran inters tanto para las empresas desarrolladoras de software como para las compaas elctricas y los organismos pblicos. Existen varias experiencias que permiten la integracin de plataformas Cloud Computing en el control de los sistemas de iluminacin pblica en diversos pases del mundo.

En el ao 2013, en Anantapur India, el Departamento de Ingeniera Electrnica y Comunicaciones de la Facultad de Ingeniera, propuso el diseo y desarrollo de un sistema de iluminacin solar inteligente para el control y monitoreo del sistema de alumbrado pblico a travs de una interfaz grfica de usuario, con supervisin eficiente y control inteligente. El objetivo de la propuesta es conseguir un mayor ahorro energtico y econmico por medio de la instalacin de paneles solares para la iluminacin pblica. El proyecto de iluminacin consta de dos modos de operacin, tanto automtico como manual. El modo automtico utiliza sensores IR y LDR con el propsito de detectar la presencia de objetos y comprobar la intensidad de la luz natural, para encender o apagar las luminarias, figura 19.

Figura 19: Diagrama de flujo del modo de operacin automtico.

El modo manual, permite el control y monitoreo del sistema del alumbrado pblico por medio de una interfaz grfica (GUI) en el computador, figura 20.

Figura 20: Diagrama de flujo del modo de operacin manual.

En Chennai, en el Instituto Tecnolgico de Ingeniera, India, en el ao 2014, se propuso un sistema de iluminacin basado en una plataforma de monitorizacin en la nube. La informacin que se enva por parte de las luminarias para conocer el estado de operacin del sistema de iluminacin se actualiza de forma automtica en Internet. Adems, en casos de emergencia la informacin estar disponible en una estacin base. Por otra parte, el control del nivel de luminosidad est integrado por sensores infrarrojos que detectan el movimiento de las personas y dispositivos ZigBee que establecen una comunicacin inalmbrica entre la estacin base y las luminarias.Para la propuesta se consider el uso de luminarias fluorescentes compactas, CFL, con el objetivo de obtener un ahorro significativo de energa elctrica. Los sensores IR permiten detectar la presencia de vehculos o personas para encender las luminarias. El control del brillo de las luminarias, se realiza por medio de un circuito de control de regulacin. El microntrolador Arduino Mega permite adquirir informacin de las luminarias para ser trasmitida de forma inalmbrica a la estacin de control con ayuda de la tecnologa Zigbee, figura 21. La interfaz de la estacin base para el control de encendido y apagado de las luminarias, fue realizado en el entorno Visual Studio con la ayuda de ASP.net y C#, figura 22.

Figura 21: Diagrama de bloques del sistema de control y monitoreo propuesto.

Figura 22: Interfaz grfica del sistema de monitorizacin en la nube.

En la Universidad de Southampton, Inglaterra, en el ao 2014, se desarroll un sistema de alumbrado pblico con energa solar basado en un algoritmo predictivo y adaptativo. El trabajo describe el desarrollo de un esquema de gestin para el alumbrado pblico, que integra un sistema multi-sensorial para la deteccin de vehculos y peatones, permitiendo que se regule de forma dinmica el brillo de las luminarias. El esquema propuesto denominado Talismn-Green, figura 23, permite el funcionamiento del sistema con energa neutral solar. A diferencia de los esquemas existentes, el algoritmo de prediccin procesa la informacin del sistema Talismn-Green lo que permite que el nivel de iluminacin de las luminarias se module por medio de un medidor de uso energtico. El desarrollo de dicho sistema permite un ahorro energtico de aproximadamente un 40%.

Figura 23. Diagrama de bloques del sistema Talisman-Green.

En el ao 2014, en la Universidad Karunya, India,[25], se present un mtodo que transforma los sistemas fotovoltaicos de iluminacin LED en sistemas inteligentes. El mtodo integra un conjunto de sensores que detectan la presencia de vehculos y de personas. La informacin de los sensores se transmite a travs de enlaces inalmbricos ZigBee a una estacin de control conformada por un microcontrolador ATMEGA 16. El microcontrolador genera una modulacin por ancho de pulso, PWM, que regula la intensidad luminosa sobre un arreglo de diodos LED. Adems, el sistema de iluminacin posee un pequeo interruptor que controlar el encendido de las luminarias en casos de emergencia. El mtodo presentado supone un ahorro entre el 20 y 35 % del consumo de energa del sistema inteligente de alumbrado pblico en comparacin con los sistemas de iluminacin convencionales. La interfaz RS232 permite la comunicacin de la estacin de control con el sistema de visualizacin. La visualizacin permite la interaccin del usuario con el sistema de control a travs de una interfaz grfica desarrollada en Visual Basic, figura 24.Figura 24: Diagrama de bloques del sistema de iluminacin de la Universidad de Karunya.En agosto de 2015, se present una nuevo sistema comercial de iluminacin que permite reducir el consumo energtico. The Sensus VantagePoint Lighting Solution es una solucin de control de iluminacin inteligente, que integra un mdulo y un software de control de iluminacin, as como tambin, una red de comunicaciones denominada FLEXnet.

Figura 25: Modo de funcionamiento del sistema Sensus VantagePoint Lighting Solution.Sensus VantagePoint permite a los proveedores de servicios pblicos, incluyendo ciudades, municipios y los servicios pblicos, poder controlar de forma remota los sistemas de iluminacin. Los beneficios que presentan son: reduccin de costes operativos, mejorar el servicio del cliente, conservar la energa y mejorar la seguridad pblica. La Plataforma VantagePoint es una solucin atractiva para muchos municipios, crea bases para una infraestructura de Smart City y proporciona soluciones basadas en una red inteligente. La figura 26, muestra los servicios que ofrece una plataforma inteligente integrada.

Figura 26: Servicios que presta una plataforma inteligente.Las principales caractersticas del control de iluminacin VantagePoint son: Monitoreo en tiempo real Control de atenuacin de las luminarias para un mayor ahorro de energa Agrupacin y control de seguridad Sistema de Informacin Geogrfica Desconexin programada

En la ciudad de Chattanooga han sido instalados mas de 5.000 controles de iluminacin Sensus, con un ahorro de aproximadamente el 58% en accesorios pasivos. La delincuencia en la ciudad ha disminuido y el trfico peatonal ha aumentado en un 13% por las noches. En la Universidad de Alabama, han sido instalados mas de 1.300 controles de iluminacin Sensus, con el objetivo de ahorrar en costes operativos y aumentar la seguridad en el campus de la Universidad de Alabama. 5. CONCLUSIONES

En resumen, existen muchas experiencias de implementacin de sistemas inteligentes de control de la iluminacin en calles, vas y autopistas. Las experiencias descritas demuestran los grandes avances tecnolgicos actualmente existentes en los sistemas de iluminacin y las grandes ventajas que proporcionan para el control de la iluminacin, la integracin de sistemas de generacin renovables y el ahorro del consumo energtico, y por tanto, la reduccin del gasto en la factura elctrica del alumbrado pblico.