https://doi.org/10.37815/rte.v34n4.981

Artículos
originales

Evaluación
y propuesta de mejora del alumbrado público con sistemas fotovoltaicos de la
avenida lateral de paso en la ciudad de Loja - Ecuador

Evaluation and improvement of public lighting with photovoltaic systems
of a side avenue in Loja, Ecuador

Daniel Alexander
Patiño Vásquez1 https://orcid.org/0000-0002-7286-7872,

Mario Alejandro Orellana Sánchez1  https://orcid.org/0000-0001-8052-5138, Valeria del Rosario Herrera Salazar1 https://orcid.org/0000-0002-7215-5461, Juan Carlos Solano Jiménez1, 2 https://orcid.org/0000-0002-8103-5429

1Universidad Nacional
de Loja, Facultad de la Energía, Loja, Ecuador

[email-masked], [email-masked], [email-masked]

2Centro de
Investigaciones Tecnológicas y Energéticas, (CITE), UNL, Loja,
Ecuador

[email-masked]

Enviado:         2022/09/28

Aceptado:       2022/12/23

Publicado:      2022/12/30

Resumen

El presente trabajo consiste en documentar el estado actual de los
sistemas fotovoltaicos que sirven para el alumbrado público y que se encuentran
instalados en la Avenida Lateral de Paso Ángel Felicísimo Rojas (Loja-Ecuador).
El propósito es identificar las principales causas de su bajo rendimiento
durante horas de la noche ya que afecta a la ciudadanía y a la comunidad
universitaria debido a que dicha avenida es usada como ruta alternativa que une
a varios sectores de la ciudad de Loja. Por otro lado, la agrupación de datos
recolectados mediante la aplicación de una encuesta a moradores cercanos a la
avenida permitió identificar el grado de satisfacción que tienen referente a
las luminarias instaladas. Las principales conclusiones que se tienen del presente
proyecto, indican que al emplear los sistemas
fotovoltaicos se debe tener en cuenta su constante mantenimiento ya que se
encuentran expuestos al aire libre. De la misma manera, se debe considerar bajo qué condiciones medio ambientales trabajan, en este caso
es un clima cambiante.

Sumario: Introducción, Materiales
y Métodos, Evaluación del sistema, Resultados, Discusión y Conclusiones.

Como citar: Patiño, D., Orellana,
M., Herrera, V. & Solano, J. (2022). Evaluación y propuesta de mejora
del alumbrado público con sistemas fotovoltaicos de la avenida lateral de
paso en la ciudad de Loja - Ecuador. Revista Tecnológica - Espol, 34(4),
186-198. http://www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/view/981

Palabras clave: alumbrado público, sistemas fotovoltaicos,
paneles solares, energía solar.

Abstract

This documents the current state
of the photovoltaic systems for public lighting in the side avenue of Loja,
Ecuador. It aims to identify the principal causes of its low performance during
night hours that affects the citizens and the university community since this
avenue is an alternative route that links several sectors of Loja city. On the
other hand, the grouping of data collected through the application of a survey
of residents near the avenue made it possible to identify their degree of
satisfaction with the installed lighting. The main conclusions of this study
suggest that the constant maintenance of photovoltaic systems must be taken
into account when they are exposed to the open air, as well as the environmental
conditions under which they work; in this case, they work with a changing
climate.

Keywords: street lighting, PV systems, solar panels,
solar energy.

Introducción

La
iluminación pública tiene un gran impacto en la seguridad de las avenidas, sin
embargo, el coste energético que conlleva puede ser alto. Por ello, existen
alternativas amigables con el medio ambiente como el uso de paneles solares
fotovoltaicos. En el caso de la Avenida Lateral de Paso Ángel Felicísimo Rojas
(Loja – Ecuador), al ser un proyecto nuevo construido en el 2015, se vio la
posibilidad de implementar esta nueva tecnología y con ello conseguir la
iluminación completa de la avenida. La utilización de esta energía resulta viable
para escenarios de este estilo, pero requiere de un correcto mantenimiento para
que cumplan con su tarea principal que es el alumbrado público en horas de la
noche (Alvarado,
2015).

Hoy en día,
el funcionamiento de las luminarias fotovoltaicas de la mencionada avenida es
deficiente. En este momento presenta en tramos que la iluminación llega a ser
inexistente, lo cual puede ser causa de accidentes de tránsito tanto de la
ciudadanía en general como de la comunidad universitaria que transita dicha
avenida con regularidad. Una iluminación adecuada durante horas nocturnas puede
llegar a ser un factor crítico en la seguridad de conductores y peatones al
punto de disminuir el nivel de accidentes en un 30% (Beyer
& Ker, 2009; Klinjun et al., 2021).

En un
principio, el proyecto de iluminación de la avenida contemplaba un total de 600
postes y 1200 luminarias, cada luminaria con su respectiva batería alimentada
desde el panel solar. Actualmente, en la avenida existen un total de 587 postes
los cuales acumulan 1174 luminarias, de las cuales 948 no son funcionales y
solo 116 luminarias se desempeñan correctamente. Esto quiere decir que solo un
9.8% del total de la iluminación de la avenida funciona. Haciendo uso de la
tecnología, en este caso de un dron, se pudo recolectar la evidencia suficiente
para determinar que el mayor problema que enfrenta la avenida es el mal estado
de sus baterías y el precario estado de los paneles fotovoltaicos ya que están
expuestos a grandes cantidades de polvo y suciedad en general.

El precio
estimado de los sistemas fotovoltaicos instalados a lo largo de toda la avenida
es de aproximadamente 2.9 millones de dólares (Solar Fotovoltaica - Soluciones Técnicas
Integrales CIA. LTDA., 2015). Debido al poco mantenimiento que
recibe, las personas optan por hacer uso de rutas alternas, ocasionando de este
modo un incremento notable en el tráfico vehicular en la parte céntrica de la
ciudad. Por esta razón, el presente trabajo se enfoca en la detección de los
principales problemas que presenta esta avenida en relación
al alumbrado público, con el propósito de entregar un plan de acción en
el cual se especifique las posibles soluciones al problema actual de iluminación.

El objetivo
del presente trabajo de investigación es describir el estado actual de la
avenida. Para la obtención de información se emplearán herramientas como:
aplicación de encuestas a moradores cercanos a la avenida, entrevistas, cámaras
térmicas, imágenes aéreas y asesoramiento con expertos. Con ello, se espera presentar
una serie de propuestas de mejora que puedan servir como fuente de información
para la autoridad encargada, en este caso, el Ministerio de Transporte y Obras
Públicas (MTOP) al momento de repotenciar dicho proyecto.

Para el
planteamiento de las posibles soluciones se toman en consideración ciertos
factores que influyen directa o indirectamente en el sistema fotovoltaico. Entre
los factores más influyentes está el polvo, climas cambiantes, poco
mantenimiento de los paneles solares, días nublados con poca absorción de rayos
solares hacia los paneles solares. Por otro lado, para la selección de nuevos
sistemas fotovoltaicos se tuvo presente ciertas características como panales
resistentes y con mayor sensibilidad en la absorción de rayos solares. De la
misma manera, se toma en consideración la certificación de su durabilidad y
eficiencia al exponerse al polvo y suciedad en general.

Materiales y Métodos

Paneles fotovoltaicos instalados actualmente
en la avenida lateral de paso

El
proyecto de instalación de luminarias fotovoltaicas fue realizado en el 2015,
duró aproximadamente tres meses (mayo-agosto). En un comienzo se instalaron
correctamente un total de 600 postes solares de alumbrado público, cada uno de
los postes tenían dos paneles fotovoltaicos, cuatro baterías de gel, dos
luminarias y reguladores crepusculares.

A
continuación, se detalla cada uno de los componentes que fueron tomados en
consideración durante la instalación de dicho sistema:

Tabla 1

Componentes utilizados en el sistema de
alumbrado público de la avenida lateral de paso

Dispositivo

Cantidad

Característica

Marca

Modelo

Paneles fotovoltaicos

1200

300 Wp

Resun Solar

RS8I550M

Baterías de Gel

2400

200 Ah/12 Vcc

JYC

JYC200AH12VDC

Luminarias LVD tipo luna

1200

120 W (2×60W)

GEL

60W×2 de avenidas y carreteras

Reguladores crepusculares

1200

24 Vcc/20
A

SRNE

SR-2L2420A

Estado actual de las luminarias

Existen
varias causas del problema presente en el sistema de alumbrado público de la
avenida, entre estos problemas se puede encontrar, el poco mantenimiento de las
luminarias, el polvo, el estado de la avenida, las temperaturas, la inseguridad
y fallos en las baterías, tal como se muestra en la Figura 1.

Uno de los
principales factores para el mal funcionamiento del sistema de alumbrado
público de la avenida es que no se ha tomado ninguna acción frente a la
cantidad de polvo, y la suciedad que cubre los paneles solares tal como se
muestra en la Figura 2. Está comprobado que las altas
temperaturas y la acumulación de polvo puede llegar a afectar el rendimiento de
estos sistemas y disminuir la eficiencia de un panel fotovoltaico hasta en un
60% (Garrido
Jiménez, 2020; Sulaiman et al., 2014).

Figura 1

Sistemas fotovoltaicos
expuestos al polvo

Figura 2

Poste en
malas condiciones ubicado en la avenida lateral de paso, producto de la
inestabilidad del terreno

Figura 3

Representación
gráfica de los paneles fotovoltaicos y baterías presentes en los postes de
alumbrado público ubicados a lo largo de la avenida lateral de paso

Así mismo el
clima de la región es un aspecto que no beneficia mucho al momento de hablar de
la eficiencia energética de las baterías que se encuentran actualmente
instaladas. Dichas baterías se encuentran en la zona inferior del poste en un
compartimiento de hormigón. La disposición no es muy beneficiosa para las
baterías, aun cuando las temperaturas de la ciudad de Loja oscilen entre los
23°C y 24°C, la temperatura dentro del compartimento puede llegar hasta los
35°C. Además, producto de las precipitaciones puede llegar a existir humedad lo
cual puede acelerar corrosión provocada por el electrolito presente en las
baterías (Bertran,
2017; Mosqueda Pérez & others, 2021).

Evaluación del sistema

Dentro del
marco de la presente investigación se realizó el levantamiento de información
referente al estado actual del sistema de alumbrado público instalado en toda
la avenida lateral de paso Ángel Felicísimo Rojas. Del mismo modo se recolectó
información del nivel de satisfacción de los moradores cercanos a la avenida, en
cuanto al funcionamiento de las luminarias durante horas de la noche.

El estudio
del nivel de satisfacción fue llevado a cabo mediante encuestas aplicadas a 115
moradores estratégicamente seleccionados, ellos tienen sus viviendas cercanas a
la avenida lateral de paso, el objetivo fue captar respuestas más confiables.

Por otro
lado, con el objetivo de proponer posibles soluciones frente al problema actual
del sistema de alumbrado público, se llevó a cabo el análisis de los diferentes
factores que influyen en el mal funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos.
De ellos se encontró falta de mantenimiento de los paneles solares. Además, se
pudo observar que el clima cambiante en la ciudad de Loja no ayuda con el
correcto funcionamiento de los sistemas, puesto que en días nublados no se
logra captar los rayos solares de una manera eficiente.

Resultados

Los sistemas de alumbrado público
instalados en la avenida lateral de paso se encuentran compuestos por
luminarias, paneles solares, baterías y reguladores. Todos estos componentes
forman un sistema fotovoltaico autónomo, los cuales tiene la tarea principal de
almacenar energía solar recolectada durante el día y posteriormente ser usada
en horas de la noche. De esta forma ofrecen energía suficiente para iluminar la
carretera por medio de las farolas LED.

Existen varias formas de abordar el
problema vigente en el sistema de alumbrado público de la avenida. Los autores
los plantearon basándose en una investigación bibliográfica, adicionalmente,
tomaron en consideración el estado actual de los sistemas instalados y se han
determinado 5 posibles soluciones a ejecutar frente al problema presente.

La primera de las soluciones
propuestas es un sistema híbrido (SFV con almacenamiento y con conexión a red)
el cual consiste en el uso de energía fotovoltaica y la red eléctrica
convencional. Este sistema es una combinación de diferentes tecnologías que se
unen con el propósito de crear un sistema eléctrico unificado para diferentes
objetivos, entre los más aplicados están la generación de corriente eléctrica
para el alumbrado público, alumbrado de viviendas, entre otros. Esta propuesta
será implementada como medida adicional de abastecimiento de energía, como bien
se conoce las baterías instaladas pueden almacenar una cantidad limitada de
energía, la cual es convertida en corriente eléctrica para dar funcionamiento a
las farolas LED. Por lo tanto, lo que se pretende con esta propuesta es
abastecer de corriente eléctrica tradicional y otorgar la energía suficiente
para las farolas LED.

En esta propuesta, como primer paso,
se considera la distancia que existe entre todos los paneles fotovoltaicos
instalados en la avenida lateral de paso, dando un total de 15.5 km. Además, se
utilizará cable de bandeja tipo VNTC el cual es adecuado para la implementación
de la presente propuesta. Del mismo modo se consideró el uso de inversores de
energía solar híbridos.

Tabla
2

Precio
del cable de bandeja de nailon de vinilo

Precio /
100m

Nro. Conductores

Tamaño

Voltaje

Temperatura

Conductores

Diámetro

190 USD

3

14 AWG

600

8°C - 90°C

UL 66 NEC tipo TFN, UL 1277
tipo TC-ER

0.34 pulgadas

Tabla
3

Precio
del inversor de energía solar híbrido

Precio /
100m

Entrada de CA

Entrada de CC

Salida

Dimensiones cm

Fabricante

Pilas

890 USD

Fase dividida 240Vac

48 Vcc

6000 W continuo 18000 W pico

38.10 × 29.98 × 74.93

SafeGuard Power
Solutions, LLC.

4 × 12V (Tipo de pila
necesaria)

El tiempo aproximado de instalación de
la red eléctrica para esta propuesta se podría considerar en 3 meses. Se tiene
como base el tiempo que le tomó a la empresa ENERPRO (Solar Fotovoltaica - Soluciones Técnicas Integrales CIA. LTDA.,
2015) en instalar los
paneles fotovoltaicos. Y el precio estimado de la propuesta es de 73 750.00 USD.

La segunda solución presentada es la
sustitución de los sistemas fotovoltaicos por alternativas actuales y modernas.
Dicha propuesta consiste en reemplazar todo el sistema instalado, por
tecnologías que tengan mejores prestaciones, certificaciones, mayor eficiencia
energética y que se puedan usar en las condiciones presentes a lo largo de la
avenida lateral de paso. El sistema que se cambiaría se compone por paneles
fotovoltaicos, baterías, luminarias y reguladores. El propósito principal de
esta solución es emplear una tecnología más eficiente para obtener mayor
energía con un uso moderado de los sistemas fotovoltaicos autónomos instalados.
Actualmente, existen 587 postes, por lo tanto, se debe considerar que en cada
poste irán instalados dos sistemas solares fotovoltaicos.

Tabla
4

Precio
de sistemas de paneles solares

Precio / 2 kits

Tipo

Potencia

Tensión

Batería

Cargador

Regulador Solar

Tensión máxima

1 150 USD

Aislada

2700 W

48 V

230 V

Litio

80 A

80 A MPPT

450 V

El tiempo estimado de instalación se
podría prolongar a 2 meses y el importe estimado sería de 679 300.00 USD.

La tercera solución presentada es la
eliminación del uso de energía fotovoltaica con el fin de utilizar la red eléctrica
tradicional. Esta propuesta se enfoca en instalar la red eléctrica
convencional, pues esta red es la que se encuentra actualmente funcionando en
zonas urbana. Este sistema de luminarias consiste en la instalación de un poste
de hormigón y una lámpara la cual funciona con vapor de sodio. La
implementación de esta propuesta es necesario que abarque toda la avenida que
integra los paneles fotovoltaicos, con el propósito de implementar en ese mismo
espacio el cableado de red eléctrica convencional. Cabe recalcar que esta
solución solo sería implementada en el peor de los casos debido a que se
estaría considerando el desecho o reciclaje de todos los paneles fotovoltaicos.
Además, se debería considerar la reutilización de los postes de acero
actualmente instalados, para esto se deberían hacer pruebas de resistencia a
los postes ya que fueron instalados con el propósito principal de soportar
únicamente un sistema de energía fotovoltaica autónoma.

Para esta propuesta se tendría que
realizar un estudio general de toda la avenida y verificar la cantidad de cable
a utilizar. Además, se debe verificar frente a qué tipo de condiciones
ambientales debería resistir un poste de hormigón y el cable a implementar.
Para la aplicación se tomará en consideración el mismo cable mencionado
anteriormente en la primera propuesta, además, se debe tener en cuenta
el análisis referente al funcionamiento de los postes instalados actualmente,
de tal modo que se puedan usar los mismos en el mejor de los casos.

Tabla
5

Características
de poste de hormigón

Precio

Tipo

Normas

Longitud

Carga

Diámetro en base

Diámetro en punta

Tipo de cemento

210 USD

Circular
alivianada

NTE, INEN
1964, 1965-1

10 m

2000 kgf

38 cm

18 cm

Magno He

Así mismo, se considera la instalación
de nuevas luminarias con vapor de sodio.

Tabla
6

Características
de luminarias con vapor de sodio

Precio

Voltaje

Altura

Ancho

Voltios de lampara

Material de carcasa

Tipo de lente

Rango de potencia

152 USD

120 Vca

68.58 cm

33.02 cm

100 W

Aluminio
fundido a presión

Gota
acrílica

41 a 100
W

Ya que se tiene conocimiento de los
diferentes dispositivos a utilizar se determinaría un tiempo aproximado de
instalación completa de la propuesta que es de unos 5 meses, con una inversión
de 335 418.00 USD.

Como cuarta propuesta se tiene la
implementación de un BESS (BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM) en el cual se
almacenará la energía generada por todos los paneles fotovoltaicos a lo largo de
la avenida. La implementación de un BESS lleva consigo una mejora considerable
de entre un 40% – 60% de fiabilidad en el funcionamiento de sistemas impulsados
por energía fotovoltaica (Shamshiri et al., 2018).
Esto a raíz de que un BESS es un sistema controlado que funciona bajo condiciones
específicas como son, la temperatura, humedad, cantidad de ciclos de descarga
de cada batería, etc. Esto implica que dichos sistemas poseen un mayor grado de
tolerancia a los fallos a diferencia de un sistema descentralizado de baterías,
en el cual las baterías se encuentran en diferentes condiciones. Otro punto a tomar en cuenta es que un BESS también puede
funcionar de manera híbrida, esto a su vez resulta beneficioso, puesto que, si
no se llega a cumplir con la cuota diaria de energía necesaria para que las
luminarias funcionen de manera óptima, existe la opción de utilizar la red
eléctrica tradicional para suplir esta deficiencia energética lo que provee al
sistema de una mayor fiabilidad.

Por norma general la temperatura
recomendada para una batería oscila entre los 20 C° y 25 C°, si se excede este límite la batería mejorará su rendimiento (Se reduce
la resistencia interna y se acelera la reacción química) a costa de un mayor
desgaste en su vida útil si se supera este umbral durante periodos de tiempo
prolongados. Por el contrario, el someter a una batería a temperaturas menores
al umbral antes mencionado aumentará la resistencia interna y por consiguiente
disminuirá su capacidad.

Para este caso se utilizarán las
baterías previamente instaladas que cumplan con la especificación de estar al
menos a un 60% de su vida útil. En caso de no contar con las suficientes se
optará por baterías de Litio o gel dependiendo del poder adquisitivo del
organismo encargado, con el fin de llegar a suplir la demanda energética de
todas las luminarias de la avenida.

Tabla
7

Baterías
de gel sunpal 6-CNF-200

Vida útil

Precio

Voltaje de la batería

Capacidad de la batería

Dimensiones

Peso

Estructura

15 años

230 USD

12 Vcc

200 ah

240 × 224 × 522 mm

60 kg

Aleación de plomo y estaño de alta pureza

La propuesta está considerada para ser
implementada en un lapso de 12 meses con una inversión de 458 890.00 USD y estará distribuido de la siguiente
manera.

Figura
4

Diseño
preliminar del sistema BESS

La quinta propuesta comprende la
revisión y sustitución de paneles estropeados, baterías y luminarias,
conservando los dispositivos funcionales. Tras la recolección de datos del
estado actual del sistema de alumbrado público de la avenida, se ha visto la posibilidad
de re-potenciar dicho sistema, de manera que se pueda
reducir costos, preservando los activos funcionales en la iluminación e
implementando alternativas más actuales en aquellas luminarias que ya no
funcionan de la mejor manera.

Uno de los principales factores para
el mal funcionamiento del sistema de alumbrado público de la avenida es que no
se ha tomado ninguna acción frente a la cantidad de polvo, y la suciedad que
cubre los paneles solares. Está comprobado que el polvo puede llegar a afectar
en gran medida el rendimiento de estos sistemas, esto se puede corroborar en un
artículo científico publicado en 2014 en el cual se detalla que la presencia de
polvo puede llegar a disminuir la eficiencia de un panel fotovoltaico hasta en
un 60% (Aghaei et al., 2022; Sulaiman et al., 2014).

Otro punto a considerar,
es la inseguridad presente a lo largo de la avenida, esto ha producido que en
varios de los postes los reguladores de carga hayan sido sustraídos debido a
que se encuentran ubicados en un compartimento de fácil acceso para el personal
encargado de su revisión.

Figura
5

Poste
al cual se le ha sustraído su regulador de carga

Los paneles fotovoltaicos son los
elementos más sensibles a las variaciones de su entorno, por lo cual se tendría
que realizar una revisión del estado y prueba de cada uno de ellos, presentes a
lo largo de la avenida.

En el caso que el panel fotovoltaico
esté funcionando de forma correcta, pero esté generando menos corriente de lo
normal, se tendrá que realizar un mantenimiento. Dicho mantenimiento consiste en
retirar -una vez al mes- cualquier tipo de objeto, suciedad, etc., que pueda
afectar a la correcta producción de los paneles fotovoltaicos, por ejemplo:
excrementos de aves o polvo. El polvo acumulado o los restos de polución
también deben ser eliminados en la medida de lo posible, ya que disminuirá la
corriente eléctrica generada y si perduran en el tiempo podrían generar puntos
calientes.

Para mantener limpio el panel solar
basta con utilizar agua con una pequeña cantidad de jabón para que sea posteriormente
más sencillo aclararlo. No se recomienda utilizar detergentes o materiales de
limpieza ásperos ya que se puede dañar la superficie del panel permanentemente.

La implementación de la presente
propuesta está considerada para un lapso de 5 meses, tomando como referencia el
estado actual de los sistemas fotovoltaicos parcialmente funcionales, la
inversión aproximada es de 402 500.00 USD.

La última propuesta comprende en la
reutilización de los componentes presentes actualmente en el sistema de
alumbrado público de la avenida lateral de paso para poder establecer una
central fotovoltaica con almacenamiento centralizado y con conexión a la red
eléctrica. En la actualidad en Ecuador, el sector energético se encuentra
desarrollado  en un 70% por fuentes de energía
hidráulica, un 28% mediante la producción de energía térmica y tan solo el 2%
en fuentes diferentes como lo son la eólica, la biomasa y la energía solar (de Electricidad y Energía Renovable, 2013).
Por lo anterior, el país y la industria deben enfocar sus esfuerzos en la
búsqueda e implementación de fuentes de energía que sean amigables con el medio
ambiente y que a su vez mejoren los costos asociados a la generación de
productos y servicios. Es por dicha razón, que se ha visto la posibilidad de
aportar de manera significativa a la generación de energía eléctrica de la
región, a través de un centro fotovoltaico.

El sistema de alumbrado público de la
avenida lateral de paso, consta con aproximadamente 1
172 paneles fotovoltaicos, los cuales no están siendo aprovechados de la mejor
manera, ya sea por la dificultad de su mantenimiento o por problemas en sus
baterías. Además, actualmente la institución encargada de dicho sistema está
planeando repotenciar este proyecto, a través de la inclusión de todo el
sistema de alumbrado a la red eléctrica de la ciudad.

Con la finalidad de aprovechar estos
activos se ha visto la posibilidad de plantear un proyecto de generación de
energía fotovoltaica con todas las medidas necesarias para sacarle el mejor
partido a los paneles presentes a lo largo de la avenida.

Tabla
8

Características técnicas de los paneles actualmente instalados en el
sistema de alumbrado público de la avenida lateral de paso

Vida útil

Precio

Modificación

Circuito Voc

Potencia Vmpp

Corriente Isc

Eficiencia

Dimensiones

30 años

225 USD

36 células, 4 × 9.5 Bushbars

24.10

20.39

11.99

21.06 %

1560×700×35mm

El diseño
preliminar de esta central se muestra a continuación:

Figura
6

Diseño
preliminar de una central fotovoltaica con un sistema BESS

Esta propuesta está considerada para
un lapso de 12 meses, con una inversión aproximada de 643 000.00 USD.

Discusión

Los hallazgos del presente estudio
indican que al emplear tecnología fotovoltaica se deben tomar medidas que
satisfagan todos los factores que implican el correcto funcionamiento del
sistema instalado. De tal manera que se logre abarcar todos los posibles
errores que se puedan presentar a medida que pasa el tiempo de funcionamiento,
ya que de otra manera dichos sistemas instalados no lograrán cubrir con la expectativa
deseada y se tendrá que recurrir a soluciones viables lo cual implica el gasto
de nuevos recursos como es el caso de la presente investigación.

Para la presentación de propuestas de
solución detalladas en el presente estudio fue necesario un trabajo en 3 fases:

Como primera fase se obtuvo
información relevante con respecto a la tecnología empleada en los sistemas
fotovoltaicos, actualmente instalados en la avenida lateral de paso. Además, se
realizó una encuesta aplicada a moradores que viven a los alrededores de la
avenida. Gracias a esta encuesta aplicada se pudo constatar un descontento por
parte de los moradores en relación al mal
funcionamiento del sistema de alumbrado público.

Por otro lado, en la segunda fase se
realizó un estudio personal enfocado al estado actual de los paneles
fotovoltaicos. Para el cumplimiento de dicho estudio fue necesario la
utilización de un dron profesional con cámara de alta calidad para la obtención
de imágenes aéreas de los paneles solares en los cuales se pudo evidenciar la
presencia de polvo y residuo de aves. Además, gracias a las imágenes obtenidas
se pudo constatar que ciertos paneles solares se encuentran erróneamente
ubicados, influyendo en su rendimiento al captar los rayos solares.

En la tercera y última fase se crearon
posibles soluciones entre las cuales se detalla desde un cronograma de
instalación o aplicación de la solución propuesta hasta un precio estimado
referencial que se detalla a continuación.

Tabla
9

Propuestas
de solución presentadas

Nombre de la propuesta

Precio Estimado

Tiempo de ejecución (meses)

Instalación de Sistema Híbrido (SF con
almacenamiento y con conexión a red) que consiste en el uso de energía
fotovoltaica y la red eléctrica convencional.

73 750.00 USD

4

Sustitución de los sistemas fotovoltaicos
por alternativas actuales.

679 300.00 USD

2

Eliminación del uso de energía fotovoltaica
y utilizar la red eléctrica tradicional.

335 418.00 USD

5

Implementación de un BESS (BATTERY ENERGY STORAGE
SYSTEM) en el cual almacenar la energía generada por todos los paneles
fotovoltaicos a lo largo de la avenida

458 890.00 USD

12

Revisión y sustitución de paneles
estropeados, baterías y luminarias, conservando los dispositivos funcionales.

402 500.00 USD

5

Central Fotovoltaica con almacenamiento
centralizado y con conexión a la red eléctrica.

643 000.00 USD

12

Conclusiones

El sistema de alumbrado público de la avenida lateral
de paso, al contar con tecnologías fotovoltaicas, implica la necesidad de un
mantenimiento periódico para un correcto funcionamiento. Se recomienda realizar
una limpieza entre 3 y 4 veces al año, o con mayor frecuencia si se trata de
una zona con altos niveles de polvo y suciedad tal como es en el presente caso.
Por tal motivo, en la actualidad, dicho sistema de alumbrado público no está
funcionando de forma óptima. Debido al mal funcionamiento, aumenta la
inseguridad al transitar esta avenida en horarios nocturno ya sea por la
delincuencia o por problemas de tránsito.

Con el pasar del tiempo el rendimiento relacionado a
la iluminación ha sido cada vez menos eficiente debido a la falta de
mantenimiento hacia los paneles solares. Del mismo modo, el clima cambiante
también afecta el rendimiento de los paneles dentro la avenida. El objetivo fundamental se pone de
manifiesto a lo largo de la presente investigación al detallar que es posible
proponer soluciones tomando en consideración el estado actual del sistema de
alumbrado público integrado con sistemas fotovoltaicos, dichas soluciones proponen
el uso de nuevas tecnologías y nuevas normas que
cumplan con características específicas como la alta resistencia a climas
cambiantes o presencia de suciedad.

Dichas
soluciones buscan reducir el costo de implementación; además, en la medida de
lo posible, hacer uso de los sistemas que se encuentran instalados en el caso
de que se opte por utilizar otro tipo de tecnología, como los sistemas híbridos
o la red eléctrica tradicional. El mayor logro que se puede conseguir es que
una de las propuestas pueda llegar a ser implementada en un futuro no muy
lejano, además se busca que la información derivada sirva de soporte para otros
problemas en los cuales se relacione el uso de tecnología fotovoltaica, con el
propósito de fomentar el correcto uso de dichos sistemas que están
revolucionando el mercado de la energía limpia.

A base de la información expuesta y al estado actual de la avenida en
cuestión, se considera factible implementar la propuesta del sistema híbrido,
el cual consiste en la instalación de una red eléctrica en toda la avenida
lateral de paso. Dicha red eléctrica abastecerá de energía suficiente a las
farolas LED en caso de que los paneles solares no hayan recolectado la
suficiente energía en las baterías durante el día, implementando dicha
propuesta se asegura el rendimiento óptimo de la iluminación de la avenida en
horas de la noche. Esta opción, al igual que las demás, fueron dadas a conocer
a la entidad encargada, en este caso el MTOP, quienes constataron que dicha
información sirve como fuente de información para el desarrollo de obras
complementarias dentro de la infraestructura vial.

Referencias

Aghaei, M., Fairbrother, A., Gok, A., Ahmad, S., Kazim,
S., Lobato, K., Oreski, G., Reinders, A., Schmitz, J., Theelen, M., Yilmaz, P.,
& Kettle, J. (2022). Review of degradation and failure phenomena in
photovoltaic modules. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 159,
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