Introducción

Al hablar de eficiencia energética en el sector de la iluminación, primero debemos superar la idea errónea de centrarnos únicamente en la eficacia luminosa. En la ingeniería práctica, la iluminación va mucho más allá de la mera “brillo”; su esencia radica en si puede contribuir a procesos operativos eficientes y seguros. Actualmente, existen estándares globales para diferentes escenarios de iluminación bastante consolidados. Para el segmento específico del alumbrado público, existen referencias claras en la industria. Los indicadores de rendimiento para el alumbrado público se establecen principalmente según la norma EN 13201 (Más información sobre la norma EN 13201 para alumbrado público ), que es la norma fundamental para medir la iluminancia/brillo, la uniformidad y el control del deslumbramiento de la superficie de la carretera. Además, los lugares de trabajo (EN 12464), los estadios (EN 12193/RP-8-21) y los túneles (CIE 88) cuentan con sus propias especificaciones rigurosas. En conjunto, estas normas constituyen los requisitos básicos para el diseño de iluminación. Desde su entrada en este sector en 2005, ZGSM ha sido testigo de las innovaciones tecnológicas y los continuos cambios en las necesidades de los clientes, y la iluminación vial ha experimentado un desarrollo significativo a lo largo de los años. Una solución de iluminación vial óptima debe cumplir con los requisitos básicos de seguridad (es decir, los requisitos pertinentes de la norma EN13201) y, al mismo tiempo, considerar un mayor confort visual, una iluminación eficiente energéticamente y una gestión inteligente. Idealmente, la iluminación vial debería optimizar el consumo de energía, cumpliendo estrictamente con todas las normas de seguridad y garantizando un paso cómodo para peatones y vehículos, e incorporando simultáneamente una gestión inteligente. Profundicemos en el texto principal para obtener más información.

Problemas de alumbrado público ineficiente

Baja eficiencia y alto riesgo de fallos en el alumbrado público

Desde las primeras lámparas de gas y bombillas incandescentes hasta las posteriores lámparas de sodio de alta presión, y ahora las farolas LED de uso generalizado, la tecnología de iluminación ha experimentado un enorme avance en eficacia luminosa. Sin embargo, un gran número de lámparas en el mercado aún no cumplen con los estándares de eficacia luminosa. Esto se debe a menudo a que los fabricantes utilizan chips LED de baja calidad o controladores LED ineficientes para reducir costes. Estos productos no solo presentan una baja eficacia luminosa inicial, sino que también sufren graves problemas de degradación lumínica, lo que dificulta el cumplimiento de las normas de alumbrado público poco después de su puesta en marcha. Además, un diseño estructural inadecuado de la lámpara, como una disipación de calor deficiente, junto con la resistencia de los controladores de baja calidad, aumenta considerablemente el riesgo de fallo prematuro, lo que obliga a los usuarios a realizar un mantenimiento frecuente e incurrir en gastos adicionales. Por lo tanto, resolver de raíz los dos principales problemas de la baja eficacia luminosa (¿Qué es la eficacia luminosa y cómo mejorarla?) y la facilidad con la que se dañan las lámparas se ha convertido en la cuestión central más urgente que debe abordarse. Todo esto hace que el alumbrado público sea menos iluminación eficiente energéticamente para aplicaciones viales.

La distribución inadecuada de la luz del alumbrado público provoca contaminación lumínica

La eficacia luminosa es un indicador clave de la eficiencia de la iluminación, que refleja directamente la capacidad de una luminaria para convertir la energía eléctrica en energía lumínica. Sin embargo, en la práctica, no toda la luz emitida por una luminaria incide sobre la superficie que necesita iluminación. Por ejemplo, con las lámparas de sodio de alta presión tradicionales, una cantidad significativa de luz se dispersa en áreas no deseadas, como los bordes de la carretera. La cantidad de luz proyectada con precisión sobre el área iluminada depende en gran medida de la racionalidad del diseño de distribución de la luz. Las luminarias LED pueden utilizar un diseño de lente óptica secundaria para que la distribución de la luz se ajuste mejor a la escena real: la distribución de luz en forma de ala de murciélago se utiliza comúnmente para la iluminación de carreteras, la distribución de luz de haz estrecho o asimétrico se utiliza para la iluminación de estadios, y la distribución de luz rectangular se utiliza para la iluminación de estanterías, etc. En las aplicaciones de iluminación, a menudo nos encontramos con problemas como la selección inadecuada de la curva de distribución de la luz, una instalación incorrecta o un ángulo de inclinación excesivo. Todo esto puede provocar que la luz emitida por la luminaria ilumine áreas no iluminadas, lo que resulta en contaminación lumínica: intrusión lumínica (intrusión lumínica en alumbrado público y deportivo), resplandor del cielo y deslumbramiento, etc. Una distribución científica de la luz combinada con un diseño de iluminación optimizado puede mejorar significativamente el brillo y la uniformidad de la superficie de la carretera, al tiempo que reduce eficazmente el deslumbramiento, lo que también constituye una iluminación eficiente energéticamente. Este método también funciona bien en la iluminación de estadios e interiores, consiguiendo iluminar donde debe iluminarse, sin molestar donde no debe.

Farolas sin tecnología de control inteligente

En la era actual de promoción de una gestión eficiente y con bajas emisiones de carbono, la falta de control inteligente en los sistemas de alumbrado público representa un importante despilfarro oculto. Las farolas tradicionales suelen emplear sistemas sencillos de control por tiempo o fotocélulas (Más información sobre fotocélulas), que solo ofrecen un modelo básico de “encender al atardecer, permanecer encendida toda la noche y apagar al amanecer”. Esto resulta totalmente insuficiente para cubrir las necesidades reales de iluminación durante la noche, cuando el tráfico es escaso, lo que genera un despilfarro innecesario e impactos ambientales negativos. Además del derroche de energía, las farolas sin control inteligente no pueden detectar fallos de forma proactiva, dependiendo de las inspecciones del personal de mantenimiento y las quejas ciudadanas, lo que incrementa los costes laborales y las posibles pérdidas económicas. Los modernos sistemas de control inteligente han transformado por completo esta situación (menos iluminación eficiente energéticamente). Estos métodos de control incluyen la regulación de intensidad mediante temporizador, sensores de movimiento y control inteligente, entre otros. Sus funciones y ventajas se explicarán en la siguiente sección.

Dificultades en el mantenimiento del alumbrado público

El coste de mantenimiento del alumbrado público siempre ha sido una preocupación para los departamentos municipales, razón por la cual las farolas LED se han popularizado en los últimos años (principalmente debido a su alta eficacia luminosa). En la práctica, las dificultades de mantenimiento derivadas de las averías de las farolas LED o la carga a largo plazo del mantenimiento frecuente suelen superar el coste inicial de compra. Las lámparas tradicionales de sodio de alta presión requieren la sustitución periódica de bombillas y balastos. Es posible que haya notado que las farolas en barrios antiguos se apagan con frecuencia; esto es señal de una avería en una lámpara tradicional. Las reparaciones solo se realizan después de que los vecinos informen del problema, lo que conlleva altos costes y largos tiempos de respuesta. En zonas especiales como pasos elevados, autopistas o alumbrado de mástil alto (soluciones de alumbrado de mástil alto de ZGSM), el personal de mantenimiento también debe realizar trabajos en altura, lo que aumenta tanto los riesgos de seguridad como la dificultad del mantenimiento. El alumbrado público moderno (farolas LED) está evolucionando hacia soluciones sin mantenimiento o de fácil mantenimiento, abordando así los problemas mencionados. En la siguiente sección se presenta un análisis detallado.

Degradación lumínica severa y sin función CLO

En la sección sobre eficacia luminosa, mencionamos el problema de la degradación lumínica (¿Qué es la degradación lumínica?). La degradación lumínica es una característica física inevitable de las luminarias; esencialmente, es la disminución de la eficiencia de la fuente de luz al convertir la energía eléctrica en energía lumínica durante su uso. Este problema existe en lámparas incandescentes, lámparas de sodio de alta presión y lámparas LED, y es bastante común. Durante las simulaciones de iluminación, seguramente nos hemos encontrado con el concepto de factor de mantenimiento. Básicamente, es una predicción de la futura degradación lumínica, generalmente calculada mediante las tablas LM80 y TM21. Su esencia radica en considerar que la luz emitida por la lámpara disminuirá después de un período de uso; por lo tanto, este factor debe tenerse en cuenta al inicio del diseño de iluminación. Si bien usar una mayor potencia para iluminar el área objetivo inicialmente implica cierto desperdicio de energía en las primeras etapas, la ventaja es que garantiza que el área objetivo siga recibiendo suficiente brillo en las etapas posteriores de funcionamiento de la lámpara. Cuanto mayor sea la degradación lumínica, mayor será la potencia inicial de la lámpara. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, necesitamos usar lámparas LED con menor degradación lumínica para lograr una iluminación eficiente energéticamente. Al mismo tiempo, se requiere un mantenimiento y limpieza regulares de las lámparas (principalmente de la superficie emisora ​​de luz) para reducir la degradación lumínica causada por el polvo y la suciedad, y así conseguir efectos de iluminación estables y uniformes a un menor coste.

Formas de lograr una iluminación eficiente energéticamente en el alumbrado público

Farolas con LED de alta eficiencia y alta calidad

La clave para resolver los problemas de los equipos de iluminación ineficientes y fácilmente dañados reside en establecer un sistema de gestión integral de circuito cerrado que abarque la selección, el diseño, la verificación y el mantenimiento del producto. En primer lugar, se debe implementar un control estricto en origen, utilizando chips y controladores LED de calidad. Es necesario definir claramente los indicadores clave, como la marca, la eficacia luminosa, la degradación lumínica, la eficiencia del controlador y la vida útil, para evitar el uso de componentes de baja calidad. En segundo lugar, en el diseño del producto, se debe prestar atención a la compatibilidad de los parámetros eléctricos y a la fiabilidad de la estructura de disipación de calor. Esto ayuda a que los LED mantengan su eficacia luminosa nominal y reduce el impacto de las altas temperaturas en la vida útil general de la luminaria. Durante la fase de verificación del diseño, se deben realizar pruebas en un cuarto oscuro o utilizando una esfera integradora para confirmar que la eficacia luminosa real cumple con los requisitos de diseño. Simultáneamente, se debe medir la temperatura Ts de la luminaria para evaluar el rendimiento de la disipación de calor. Cuando las condiciones lo permiten, se pueden realizar pruebas de degradación del flujo luminoso según normas como IEC 62717, IEC 62722 y ENEC+ (farolas ZGSM ENEC+) para evaluar su rendimiento a largo plazo durante su vida útil. Si bien los LED y controladores LED de alta calidad requieren una mayor inversión inicial, reducen significativamente la frecuencia y el costo del mantenimiento posterior. Por lo tanto, las decisiones de compra no deben basarse únicamente en precios bajos, sino también en una iluminación eficiente energéticamente.

Diseño óptico optimizado y simulación de iluminación

Para abordar problemas como el desperdicio de energía lumínica, la contaminación lumínica y los efectos de iluminación deficientes causados ​​por una distribución de luz inadecuada, se puede lograr una solución sistemática mediante un diseño óptico optimizado y una construcción e instalación estandarizadas. En primer lugar, las luminarias ZGSM ofrecen una variedad de curvas de distribución de luz para elegir. Por ejemplo, el alumbrado público ofrece distribuciones de luz comunes como el Tipo IIM y el Tipo IIIM. También podemos personalizar distribuciones de luz Tipo IV para la iluminación de estacionamientos, o distribuciones de luz asimétricas (tanto laterales como verticales) para la iluminación peatonal. Las curvas de distribución de luz varían significativamente según el escenario de aplicación. Por ejemplo, los haces estrechos o las distribuciones de luz asimétricas (diferentes de la óptica del alumbrado público) son adecuados para campos deportivos, mientras que las curvas de distribución de luz rectangulares son más apropiadas para la iluminación de estanterías de almacenes. Si le interesan estos escenarios de aplicación, contáctenos o consulte nuestro blog: Distribución de luz de luces LED. Además, la selección de las curvas de distribución de luz depende de diseñadores de iluminación experimentados que pueden seleccionar rápidamente las distribuciones de luz adecuadas según el escenario de iluminación y verificarlas en un software de simulación de iluminación. Al optimizar el diseño de iluminación, pueden posicionar con precisión cada luminaria, estandarizar los ángulos de instalación y los puntos de orientación para facilitar la instalación. Los diseños de iluminación optimizados ofrecen un rendimiento excepcional en uniformidad lumínica, control del deslumbramiento y ahorro energético, logrando una iluminación precisa y, por lo tanto, energéticamente eficiente.

Aplicación de controles inteligentes: atenuación temporizada y control de iluminación inalámbrico.

Existen diversas formas de implementar el control inteligente de las farolas LED. En este artículo, nos centramos en la atenuación temporizada, la detección por microondas y el control inalámbrico de la iluminación pública. Mediante la atenuación temporizada, el sistema puede reducir automáticamente la potencia a un nivel determinado (por ejemplo, el 50 %) según un periodo de tiempo preestablecido (por ejemplo, de medianoche a 5 de la mañana), logrando un ahorro energético inmediato. Es fundamental destacar que esta función suele estar integrada en el controlador LED, pero muchos clientes lo desconocen, lo que conlleva un uso ineficaz. En comparación con la regulación de intensidad mediante temporizador (atenuación por temporizador – Astrodim en el alumbrado público), las funciones de microondas y control inteligente requieren costes adicionales, pero ofrecen mayor funcionalidad y son más fáciles de implementar como iluminación eficiente energéticamente. Las farolas LED están equipadas con sensores de movimiento por microondas o infrarrojos, lo que les permite detectar peatones y vehículos. Cuando se acerca un vehículo o un peatón, la farola LED puede pasar de un brillo bajo a un brillo máximo, volviendo automáticamente a un modo de bajo consumo tras el paso del peatón o vehículo, reduciendo así el consumo energético. El control inteligente del alumbrado público requiere que cada farola esté equipada con un controlador, que normalmente se instala en la parte superior de la lámpara mediante un conector Zhaga o NEMA (NEMA vs. Zhaga). A través de la unidad de control centralizada (pasarela), podemos controlar el encendido, la regulación de intensidad y la lectura de datos de las luces en línea, logrando así una gestión y un funcionamiento eficientes del alumbrado.

Diseño sin herramientas y diseño modular

El fácil mantenimiento y el funcionamiento sin mantenimiento son las dos principales ventajas de las farolas LED. En primer lugar, las farolas LED de alta calidad experimentan una degradación lumínica más lenta en comparación con las luminarias tradicionales, con una vida útil que suele alcanzar entre 50.000 y 100.000 horas, lo que prolonga significativamente el ciclo de reemplazo. En segundo lugar, los controladores LED de alta calidad ofrecen mayor fiabilidad (mayor MTBF y mayor vida útil) y una menor tasa de fallos, lo que reduce al mínimo las reparaciones o sustituciones. Basándose en estos dos puntos, muchos fabricantes posicionan las luminarias LED como productos libres de mantenimiento. Además, el diseño modular y las estructuras de apertura sin herramientas (diseño sin herramientas para farolas) se han convertido en configuraciones habituales para las farolas LED. Cuando una luminaria falla, el personal de mantenimiento puede abrir la cubierta sin herramientas y sustituir directamente el componente defectuoso, lo que reduce significativamente el tiempo de intervención in situ. El diseño modular también simplifica el proceso de mantenimiento; solo es necesario tener en stock los módulos correspondientes, eliminando la necesidad de un conocimiento profundo de los parámetros eléctricos, lo que permite un mantenimiento eficiente. En combinación con sistemas de control inteligentes, el personal de mantenimiento municipal puede detectar fallos con rapidez e iniciar las tareas de mantenimiento. En comparación con las luminarias tradicionales, las farolas LED reducen significativamente los costes y el tiempo de mantenimiento a lo largo de todo su ciclo de vida, y ofrecen una respuesta mucho más rápida ante fallos.

Diseño de baja degradación lumínica y aplicación de CLO

La degradación lumínica es una preocupación importante tanto para compradores como para vendedores en la industria LED. Una solución simple para evitar el consumo de energía adicional debido a la degradación lumínica es elegir productos con menor degradación lumínica. Para ello, recomendamos a los clientes que revisen cuidadosamente los informes de prueba del fabricante, siendo el informe TM21 el más básico. También se deben considerar los informes LM80 e ISTMT, y todos los informes deben ser emitidos por un laboratorio de terceros con acreditación ISO17025. L70 > 100 000 horas es un estándar de selección común, mientras que L80 > 100 000 horas e incluso L90 > 100 000 horas son mejores opciones, que imponen mayores exigencias al rendimiento de la luminaria. En la descripción del problema, mencionamos el concepto del factor de mantenimiento, que se refiere a la selección de farolas LED de mayor potencia desde la etapa inicial del diseño de iluminación para satisfacer las necesidades de iluminación del área objetivo. Los factores que afectan al factor de mantenimiento incluyen el factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara, que es la degradación lumínica. Cuanto más lenta sea la degradación de la luz, mayor será este valor, lo que resulta en un factor de mantenimiento correspondientemente mayor y una reducción adecuada en la potencia inicial de la luminaria. Sin embargo, este método aún conlleva un desperdicio de energía inicial, de ahí el desarrollo de la solución de Salida de Lúmenes Constante (CLO). Actualmente, muchas fuentes de alimentación de controladores cuentan con esta función, como la serie EUM de Inventronics, la serie FP de Philips y marcas como Tridonic. Con esta tecnología, la potencia de la luminaria puede aumentar gradualmente con el tiempo para compensar la disminución del flujo luminoso causada por la degradación de la luz, logrando así una iluminación eficiente energéticamente. Simultáneamente, es necesario un mantenimiento y una limpieza regulares de las luminarias (principalmente de la superficie luminosa) para reducir la degradación de la luz causada por la obstrucción de polvo y suciedad. Para obtener más información, consulte nuestro blog: Factor de mantenimiento en la iluminación.

Farola LED ZGSM

Resumen

Hay cinco razones principales por las que el alumbrado público no puede lograr una iluminación eficiente energéticamente. Primero, muchas farolas utilizan chips LED y controladores LED de baja calidad, lo que resulta en una baja eficacia luminosa general y fallas frecuentes. Segundo, la distribución de luz irrazonable conduce a una iluminación ineficaz de las áreas objetivo, al tiempo que causa contaminación lumínica y deslumbramiento (¿Qué es el deslumbramiento y cómo reducirlo en la iluminación?). Tercero, hay una falta de control inteligente, como la atenuación por temporizador tradicional para ahorrar energía al tiempo que satisface las necesidades de iluminación del flujo de tráfico bajo en la noche. Cuarto, las farolas son difíciles de mantener, lo que lleva a altos costos de mantenimiento. Quinto, la degradación severa de la luz y la falta de tecnología CLO resultan en un desperdicio de energía a largo plazo. Estos factores hacen que las farolas LED consuman más energía durante su ciclo de iluminación; sin embargo, estos factores son evitables. ZGSM propone sus propias soluciones para abordar estos problemas. Al controlar estrictamente la calidad de los chips LED y los controladores, podemos mejorar la confiabilidad y la eficacia luminosa de las luminarias desde la fuente; seleccionar curvas de distribución de luz apropiadas de acuerdo con diferentes escenarios, y combinar esquemas de verificación de simulación de iluminación con guía de instalación; Aplicamos sistemas de atenuación temporizada, detección por microondas y control inteligente inalámbrico para lograr iluminación bajo demanda e informes proactivos de fallas; adoptamos diseños estructurales modulares y sin herramientas para reducir la dificultad de mantenimiento y los costos totales del ciclo de vida; seleccionamos estructuras de disipación de calor optimizadas y LED de alta calidad para reducir la degradación lumínica, e introducimos tecnología de flujo luminoso constante para compensar dinámicamente la pérdida de potencia con la degradación lumínica, ahorrando el consumo excesivo de energía de las farolas LED en las etapas iniciales e intermedias. Mediante estas medidas, podemos lograr una iluminación eficiente energéticamente. Si está interesado en alguno de estos métodos, contáctenos para obtener más información.

Preguntas Frecuentes

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