Las ciudades inteligentes comienzan con la iluminación inteligente

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¿Qué depara el futuro para el alumbrado público inteligente y cómo es un elemento central para construir las ciudades inteligentes del futuro?.

El alumbrado público inteligente podría ahorrar a las ciudades 15.000 millones de dólares para 2023

La introducción del alumbrado público inteligente a menudo puede actuar como el primer paso para desarrollar el verdadero potencial de una ciudad inteligente.

Muchas ciudades se encuentran en medio de una transición del alumbrado público estándar a una tecnología LED más rentable.

De hecho, los analistas de Northeast Group predicen que hasta el 89 % de los 363 millones de luminarias del planeta habrán adoptado la tecnología LED para 2027. Tiene sentido desde el punto de vista financiero. El cambio a LED representa una reducción efectiva de costos, mantenimiento y degradación ambiental. La actualización a una tecnología más robusta y resistente parece bastante inocua, pero la instalación de LED representa una oportunidad de oro para los planificadores de ciudades inteligentes.

Sin embargo, lo que muchas autoridades locales se están perdiendo es que el cambio a las bombillas LED ofrece la oportunidad de hacer una transición conjunta a un sistema inteligente de alumbrado público. Los mismos informes postulan que solo el 29 % del total mundial de bombillas LED habrán instalado funciones de iluminación inteligente en la próxima década.

De hecho, si el proceso de pensamiento detrás del cambio a LED es aliviar la carga del gasto de energía, entonces el alumbrado público más inteligente debería verse como una ventaja aún mayor en la esfera presupuestaria. En un momento en que las autoridades locales se enfrentan al barril de reducción de presupuestos y recortes de fondos, invertir en las áreas correctas es más crucial que nunca.

Una introducción al alumbrado público inteligente

Podemos iluminar las casas en las que vivimos, nuestro espacio de trabajo y, por supuesto, las calles por las que transitamos. Este invento nos ha hecho la vida más fácil y, dado que el alumbrado público se ha convertido en una norma en la mayor parte del mundo, más segura. El alumbrado público es ahora una pieza central de la infraestructura urbana y rural, que crea un entorno seguro tanto para los peatones como para los conductores.

Costos para los municipios

A nivel local y municipal, las autoridades públicas son las encargadas de proporcionar el alumbrado público como un servicio público clave para la seguridad de los ciudadanos. Esto, sin embargo, representa un costo importante para el gobierno local que puede ser difícil de acomodar y sostener. Además, todavía es común que los municipios utilicen instalaciones de alumbrado público obsoletas e ineficientes, lo que conduce a un mayor consumo de energía y mayores costos de mantenimiento. Un sistema de iluminación obsoleto puede representar hasta el 50% de la factura de energía total de una ciudad típica.

Preocupaciones ambientales

El tema del gran consumo de energía es una preocupación no solo a nivel local, sino también a nivel mundial. El alumbrado público ha sido denominado «el sistema nervioso de una ciudad», conectando cientos de millones de farolas con acceso a la energía en todo el mundo. Este número en constante aumento ha hecho que la iluminación sea responsable de un asombroso 19 % del uso mundial de electricidad y está contribuyendo a los niveles ya superiores de emisiones de CO2. Dado que, según la ONU, el 68 % de la población mundial total vivirá en áreas urbanas para 2050, parece más imperativo que nunca proteger los recursos limitados de las ciudades. Los municipios se enfrentan al desafío de crear un entorno seguro para sus habitantes actuales y futuros, al mismo tiempo que son eficientes en términos de energía y costos.

Niveles de interacción para soluciones de alumbrado público

La información es primordial para cualquier ciudad hoy en día , posiblemente incluso más importante que el ahorro directo de energía. Ya sea información sobre el alumbrado público (funcionalidad, parámetros eléctricos) o la ciudad misma (sensores de contaminación, por ejemplo), todos los administradores de la ciudad prefieren confiar en datos sólidos para optimizar los procesos y las operaciones de la ciudad.

Enlaces de operación a la funcionalidad y mantenimiento del alumbrado público . Funciones como encendido/apagado/atenuación son las bases de cualquier sistema de iluminación conectado. La operación autónoma, la iluminación adaptable y la optimización del mantenimiento pueden apoyar aún más la causa del alumbrado público inteligente.

La optimización se basa en la información , pero no debe confundirse con ella. Es una búsqueda continua que se puede basar en una infraestructura que abarque toda la ciudad, como la iluminación inteligente.

La integración lleva a la sinergia . La iluminación inteligente, el tráfico inteligente, la eliminación inteligente de desechos, los servicios públicos inteligentes son buenos. Juntos, son aún mejores. Muchas empresas se centran en su área de especialización, pero las ciudades tienen como objetivo mejorar todo el sistema, de forma sinérgica. Estudios recientes dan crédito a los sistemas inteligentes que están abiertos a integraciones para liderar la revolución de las Ciudades Inteligentes .

Los elementos principales de un sistema de alumbrado público

Lámparas

_ Luminaria

_ Bombillas

_ Controlador de lámpara (balasto)

Postes de alumbrado público (con 1, 2, 3 o más lámparas)

Gabinete de potencia (pilar de alimentación)

_ Sensores

_ Contactores

La lámpara

Una farola está hecha de un portalámparas que soporta mecánicamente las conexiones eléctricas y permite que la lámpara sea reemplazada convenientemente. El encendedor proporciona el alto voltaje necesario para encender una farola. El balasto (o transformador) reduce el voltaje y regula la corriente eléctrica para producir una salida de luz constante. El condensador se utiliza para estabilizar el voltaje y el flujo de potencia.

En comparación con las lámparas tradicionales, las farolas inteligentes tienen la capacidad de encenderse, apagarse o atenuarse de forma remota mediante controladores. Estos pueden integrarse dentro de la lámpara desde la etapa de producción o montarse en la lámpara.

Las mejoras en la infraestructura de iluminación de una ciudad no son los únicos beneficios que ofrece una transición a la iluminación inteligente de las calles. Al conectar todos y cada uno de los postes a una conexión de red más amplia, cada lámpara se convierte en una plataforma de instalación preparada para Internet de las cosas (IoT) , una base de IoT plug-in-and-play que actúa como catalizador para inversiones adicionales en ciudades inteligentes.

Hay razones para usar el cambio a LED como un medio para dar el siguiente salto en la tecnología de ciudades inteligentes. Al utilizar el tiempo de instalación planificado previamente, las autoridades locales podrían convertir su activo omnipresente en la columna vertebral de un proyecto de ciudad inteligente preparado para el futuro, agregando nuevas tecnologías a su eje cuando lo consideren oportuno.

Servicios inteligentes adicionales

El estudio de Juniper Research, Smart Cities: Leading Platforms, Segment Analysis & Forecasts 2019-2023 , descubrió que el alumbrado público conectado crecerá en promedio un 42 % anual entre 2019 y 2023; alcanzando cerca de 70 millones de unidades al final del período de pronóstico.

El análisis agregó que la creciente adopción de plataformas abiertas permitiría que el alumbrado público actuara como un punto central importante para servicios adicionales de ciudades inteligentes, como la seguridad pública y el transporte inteligente.

“Los ahorros de costos que permite el alumbrado público inteligente significan que muchas ciudades considerarán esto como un proyecto de ciudad inteligente de primera etapa”, dijo Steffen Sorrell, analista principal de Juniper y autor de la investigación.

“La elección de una plataforma abierta será clave aquí, ya que se pueden lanzar servicios adicionales desde el mismo punto, al tiempo que aumenta la competencia de proveedores externos”.

Con una conexión segura ya presente a través del sistema de iluminación, se pueden agregar a la red tecnologías adicionales, desde cámaras de circuito cerrado de televisión hasta tableros publicitarios, lo que ofrece una variedad de beneficios, desde seguridad pública hasta opciones de ingresos.

Las inversiones en iluminación inteligente pueden pagarse por sí mismas e incluso convertirse en una oportunidad de generación de ingresos

HID frente a luces LED

El objetivo principal del alumbrado público inteligente es iluminar mejor las vías, aceras y plazas de aparcamiento para garantizar la seguridad de los ciudadanos. Para garantizar la seguridad visual de los conductores y peatones, la iluminación inteligente debe cumplir valores específicos de luminancia, iluminancia o penumbra, uniformidad y deslumbramiento según el tipo de vía. Los HID y los LED son actualmente las luces más populares que se utilizan para garantizar una iluminación eficiente y de alta calidad.

Las lámparas HID todavía se usan comúnmente en todo el mundo para iluminar áreas extensas. A pesar de que tienen un costo de implementación más bajo y son menos costosos de reemplazar que las luces LED, los HID se reemplazan cada vez más por LED y por una buena razón. Las luces HID tienen un período de calentamiento de 20 segundos hasta que alcanzan su máxima potencia, pueden emitir hasta un 70 % menos de luz visible después de solo 10 000 horas de uso y alrededor del 30 % de la energía producida es infrarroja, que es energía totalmente desperdiciada. Los LED, por otro lado, tienen una vida útil extremadamente larga (los LED nuevos duran más de 100 000 horas), reducen los costos de energía hasta en un 60 %, no tienen un período de calentamiento y se pagan solos en 6 a 18 meses.

Ahorrar dinero, facilitando el mantenimiento

El alumbrado público representa, en promedio, el 40 por ciento de la factura de electricidad de una ciudad. Los ahorros debido a las tecnologías inteligentes dependen de una serie de variables, pero por lo general valen la pena.

El municipio de Gijón en España implementó una infraestructura IoT pública e interoperable en 2016. El alumbrado público fue la primera aplicación urbana que se ejecutó en él, con una instalación inicial de 1150 luminarias LED monitoreadas y accionadas por nuestra plataforma de gestión de software. El ahorro económico para las arcas de la ciudad se evaluó en unos 100.000 € al año.

Otro ejemplo interesante es el sendero para bicicletas Tesserete-Canobbio en Ticino, Suiza, donde la empresa de servicios públicos local AEM actualizó las luminarias existentes a tecnologías LED, las conectó a una red inalámbrica e interconectó cada lámpara con un sensor de movimiento. Esto permitió que las luces se encendieran automáticamente y se configuraran al 100 por ciento solo cuando pasaban ciclistas o peatones. Como resultado, las horas de funcionamiento anuales a lo largo del camino se redujeron de 4300 a 600, y los costes medios se redujeron de 11,19 a 1,56 francos suizos por punto de luz.

Cuando la iluminación inteligente se basa en una red abierta, interoperable y cibersegura, las ciudades pueden ampliar sus esfuerzos y asegurarse de que se han establecido las bases correctas para el crecimiento presente y futuro.

Esto sucede cuando las redes urbanas se diseñan como infraestructuras interoperables, capaces de albergar múltiples aplicaciones y poner en marcha colaboraciones público-privadas. Además, pueden crear oportunidades viables para monetizar los datos que generan. Imagine la posibilidad de transformar los datos generados por luminarias y sensores ambientales en «tokens de información» para comercializar en mercados seguros. Las ciudades podrían convertir su inversión en ingresos, ya que las nuevas empresas o las empresas locales podrían estar interesadas en comprar esos flujos de datos para diseñar aplicaciones y servicios innovadores.

Trampolín hacia la innovación urbana

La iluminación inteligente puede ser muy beneficiosa para las ciudades y abordar varios desafíos críticos desde el desarrollo sostenible y el impacto del cambio climático hasta la seguridad pública y el atractivo urbano. Los beneficios tangibles a corto plazo, como el ahorro de energía y dinero, pueden justificar el desembolso, pero se puede lograr mucho más si se implementan sistemas inteligentes con una visión y una estrategia a largo plazo.

Cada ciudad es única. A veces es posible redactar un plan integral para rediseñar aplicaciones y activos en todo el territorio urbano, a veces se requiere un enfoque paso a paso para equilibrar las prioridades locales con los recursos disponibles.

Las empresas emergentes o locales pueden estar interesadas en comprar los flujos de datos para diseñar aplicaciones y servicios innovadores.

El poste de luz

Los desarrollos tecnológicos recientes prometen llevarlo a la primera posición de las iniciativas de Smart City.

Los postes de iluminación tienen dos características que los hacen esenciales para el desarrollo de ciudades inteligentes: son omnipresentes y están alimentados. Especialmente con el control inteligente del nivel de las lámparas, las redes de alumbrado público están continuamente bajo energía (incluso durante el día, un problema con el alumbrado público heredado). Por lo tanto, existe una gran cantidad de sensores y dispositivos IoT que se pueden montar y alimentar desde los postes de alumbrado público, utilizando cualquier comunicación disponible y sentando las bases para las sinergias de Smart City.

El gabinete de poder

El método tradicional para encender un grupo de farolas es a través de un dispositivo en un gabinete de control activado por un temporizador o por una fotocélula. A la hora de modernizar la infraestructura de alumbrado público existente, los armarios de control son un elemento fundamental. Deben ser capaces de admitir tecnologías de ahorro de energía, como luces LED y sistemas inteligentes de gestión de iluminación. Por ejemplo , los gabinetes de control modernos deben poder pasar los impulsos de conmutación de luz desde un centro de control de iluminación moderno a los dispositivos de alumbrado público individuales, o vincular el sistema de alumbrado público a los sensores/actuadores inteligentes, cuando sea necesario.

Sistemas inteligentes de control de alumbrado público

La idea del control del alumbrado público surgió hace mucho tiempo, a partir de la lucha por gestionar un gran número de lámparas. Se necesitaba una solución para que las lámparas pudieran agruparse en grupos más pequeños y manejarse de manera más eficiente en términos de encendido y apagado, cortes de energía, mantenimiento, etc. Por lo tanto, se inventaron las unidades de control y monitoreo del panel de iluminación (gabinetes de energía, pilares de alimentación) y utilizado para reestructurar el alumbrado público. Esto permitió que cada segmento de luz se encendiera manualmente. Más tarde, se instalaron controladores en estas unidades de control de iluminación. Tomaron el lugar de la intervención humana, funcionando como una automatización para encender y apagar la luz.

Desde entonces, el alumbrado público necesitaba ser más eficaz, consumir menos energía y ser menos contaminante. Por lo tanto, los sistemas de control han evolucionado para convertirse en ‘inteligentes’ al permitir el control de lámparas y la recopilación de datos. Esto fue posible al permitir el control de nivel de segmento y nivel de lámpara a través de controladores de gabinete o luminaria, respectivamente.

Niveles de control de alumbrado público

_ Un sistema inteligente de alumbrado público controlado a nivel de segmento comprende un grupo de hasta 200 farolas que se comunican con un gabinete de energía que permite el control automático de encendido/apagado. El pilar del alimentador recibe datos de las lámparas, gestiona y transmite los datos relevantes a un servidor seguro, que los almacena y los muestra en un tablero.

_ El control de lámparas individuales se maneja a través de controladores de luminarias que tienen funcionalidad e inteligencia a nivel de lámpara, y permiten control de encendido/apagado/atenuación o iluminación adaptativa. Los controladores de luminarias también pueden proporcionar retroalimentación de los parámetros eléctricos para cada lámpara, informes de mal funcionamiento en tiempo real y sensores opcionales para medir la luz, el movimiento, la temperatura, la humedad, el ruido, etc. Además, el control del nivel de la lámpara mantiene la rejilla de iluminación encendida durante el día, que permite la instalación de otras aplicaciones de ciudad inteligente: sensores, controladores, cámaras CCTV o dispositivos de comunicación.

Estándares de control de lámparas, sensores e iluminación adaptativa

Lo importante es asegurarse de que los controladores de iluminación inteligentes sean compatibles con el sistema de control de las lámparas.

Además, algunos controladores de iluminación permiten una mayor conectividad. Se pueden agregar sensores para funciones especiales al sistema, ya sea para implementar características especiales de control de iluminación o para montar sensores adicionales no relacionados. La iluminación adaptativa es un ejemplo de ello. La iluminación adaptativa requiere la capacidad de atenuar las lámparas en tiempo real cuando se detecta presencia (peatones o automóviles). Esto requiere (además de la capacidad técnica del controlador) agregar un sensor de movimiento al poste de iluminación, generalmente conectado directamente al controlador de iluminación.

Tecnología de la comunicación

Comunicación por línea eléctrica

Cuando se trata de alumbrado público, generalmente se da el caso de que grupos de farolas comparten una línea eléctrica común. Estas luces de la calle pueden comunicarse entre sí o comunicarse con las puertas de enlace que conducen a los sistemas de control de supervisión.

Los gateways son herramientas que sincronizan la comunicación entre hasta 200 controladores de iluminación y el software de control de iluminación. A través de una conexión inalámbrica, una puerta de enlace IoT recibe, filtra y transfiere los mensajes recibidos de los controladores a la plataforma de gestión, donde se pueden analizar.

Comunicación por radio (RF)

En el campo del alumbrado público, el Radio control (RF) consigue superar la mayoría de las limitaciones de la comunicación por línea eléctrica. Aunque la mayoría de los sistemas inteligentes de alumbrado público funcionan de manera similar, existen numerosos métodos diferentes para intercambiar datos entre los alumbrados inteligentes conectados y el CMS. Estos incluyen celular (2G, 3G, LTE , 5G y NB-IoT ), RF mesh, LoRa , Wi-Fi y otras soluciones de mediano y largo alcance.

Una red de corto alcance como la malla de RF tiene una distancia máxima de nodo a nodo de 200-300 metros y puede comprender alrededor de 200 dispositivos, y las farolas están separadas por unos 50 metros. Las redes de corto alcance son adecuadas para áreas urbanas donde las lámparas se instalan más juntas y el mensaje no necesita viajar largas distancias. Este tipo de red requiere una cuidadosa planificación preliminar de la red, teniendo en cuenta la densidad de los nodos y la ubicación de las puertas de enlace, lo que aumenta los costos iniciales de implementación. Sin embargo, los costos operativos de una red de malla de RF son mucho más bajos que los de una red celular porque no hay cargos por datos.

Software de control remoto de luminarias

Los modernos sistemas inteligentes de control de iluminación combinan componentes de software y hardware, lo que permite a los gobiernos locales gestionar redes de alumbrado público a gran escala. La comunicación es bidireccional, de modo que las lámparas pueden controlarse de forma remota, mientras se envían datos para ser recopilados, almacenados, visualizados y analizados en la aplicación de software. Además, las alertas de cualquier falla del sistema ayudan a los municipios a actuar de manera oportuna y más eficiente.

Al elegir un software de control de iluminación, es importante asegurarse de que la solución satisfaga sus necesidades más apremiantes. Sin embargo, tenga en cuenta que la eficiencia de un software de gestión de iluminación inteligente no solo está determinada por las funcionalidades del software. También estará influenciado por la tecnología de comunicación y el tipo de hardware implementado.

Aspectos a valorar a la hora de elegir un software inteligente de control de iluminación

¿El software tiene opciones básicas de control (encendido/apagado) o admite funcionalidades de atenuación e iluminación adaptativa?

¿Proporciona el sistema un conocimiento profundo de la red (información detallada y características de inventario)? ¿Cuántos parámetros puede manejar el sistema y es una lista fija o es flexible (crear nuevos parámetros)?

¿Es seguro el software? ¿Utiliza la última tecnología de encriptación de datos y VPN?

¿La funcionalidad de generación de informes está organizada para ayudarlo a optimizar su sistema de alumbrado público/ciudad inteligente?

¿Cómo funciona la emisión de boletos y la notificación? ¿Existe un control de acceso a nivel de usuario y un sistema de notificación diario predeterminado, para que pueda implementar equipos de mantenimiento automáticamente?

¿Puede la empresa personalizar el software para que se adapte completamente a sus necesidades locales? Por ejemplo, integraciones específicas, traducción y localización.

¿El software está diseñado para integrarse con otros dispositivos y sensores inteligentes? ¿Permite integraciones de API hacia el norte y hacia el sur y es compatible con los principales estándares como TALQ ?

Si para usted es importante tener un sistema cerrado, ¿puede implementarse el sistema en una computadora local (instalación independiente) y administrarse dentro de un circuito cerrado? ¿O está disponible solo como SAAS (servicio en la nube, que generalmente permite una mayor flexibilidad y actualizaciones automáticas)?

Mediante el uso de una arquitectura abierta, un software de control de alumbrado público se puede integrar sin esfuerzo con sistemas, aplicaciones y dispositivos de IoT de terceros. Además, los estándares certificados como TALQ conducen a un ecosistema independiente del proveedor y promueven la interoperabilidad de la solución. Esto representa un primer paso sólido hacia el desarrollo de una plataforma de ciudad inteligente verdaderamente abierta y sofisticada.

Integración IoT y Smart Cities del futuro

¿Que sigue?

Todavía es algo incierto lo que depara el futuro para el alumbrado público inteligente. La dirección general apunta hacia la reutilización de la infraestructura de alumbrado público existente y la interconectividad total en la plataforma IoT . Hay soluciones que ya se pueden implementar junto con los modernos sistemas inteligentes de alumbrado público, como estaciones de carga de vehículos eléctricos, estacionamiento inteligente, videovigilancia de seguridad pública, gestión del tráfico, conectividad de banda ancha, etc.

El alumbrado público inteligente es la columna vertebral de las ciudades inteligentes del futuro. Conectando más de 360 millones de farolas en todo el mundo, los sistemas inteligentes de alumbrado público convierten la red de alumbrado de las ciudades en una red controlada centralmente.

Con acceso continuo a la energía, los postes de calles son ideales para montar sistemas de ciudades inteligentes como cámaras de seguridad, sensores ambientales, contadores de tráfico o cargadores de vehículos eléctricos. Al conectar cada poste de iluminación a una conexión de red más amplia, cada lámpara se convierte en una plataforma de instalación lista para IoT que actuará como un aglutinante para inversiones más amplias en ciudades inteligentes.

Conclusión

La urbanización es un problema que todas las ciudades deben abordar en todo el mundo. La industria de las ciudades inteligentes es un mercado de $ 600 mil millones, con 600 ciudades en todo el mundo que se espera que generen el 60% del PIB mundial para 2025. Dado que se espera que más del 60% de la población mundial viva en ciudades para 2050, es crucial que estas ciudades son entornos seguros y adecuados para sus ciudadanos. El objetivo final de las ciudades inteligentes es mejorar la calidad de vida de los ciudadanos.

El futuro es inteligente.