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Alumbrado público solar vs. alumbrado público alimentado por la red eléctrica: Análisis del coste total de propiedad (TCO) del ciclo de vida completo para la contratación municipal
Introducción
Los presupuestos municipales para alumbrado público están bajo presión. A medida que las ciudades se expanden hacia corredores periurbanos y rurales, los gerentes de compras se enfrentan cada vez más a una disyuntiva: extender la red o implementar energía solar. Una decisión incorrecta puede resultar en sobrecostos superiores al 40% de la estimación de capital original durante una vida útil de 15 años. Este artículo proporciona un marco estructurado del Coste Total de Propiedad (TCO), que abarca los gastos de capital, los costos operativos, el mantenimiento y la lógica de recuperación de la inversión, para ayudar a los ingenieros y gerentes de compras a tomar una decisión justificable y basada en datos antes de que se cierren las especificaciones.
El contexto de la decisión: Por qué el TCO es más importante que el precio de etiqueta
La extensión de la red y el alumbrado público solar se ven muy diferentes en una orden de compra. Una luminaria LED conectada a la red puede costar entre $150 y $400 por unidad; una luminaria solar integral comparable puede costar entre $350 y $900 por unidad, dependiendo de la capacidad de la batería, la potencia del panel y el sistema de control. En un presupuesto de partidas presupuestarias, la opción solar suele parecer más cara.
Sin embargo, las comparaciones de precios unitarios son estructuralmente engañosas para los activos de infraestructura. La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) señala en su informe Costos de Generación de Energía Renovable 2023 que el costo de capital inicial representa solo una fracción del gasto del ciclo de vida de los sistemas de energía fuera de la red; los costos operativos y financieros suelen predominar en un horizonte de 10 a 20 años.
Las variables de decisión reales son:
- Distancia desde el punto de conexión a la red más cercano — los costos civiles y de cable aumentan de forma no lineal más allá de los 500 metros
- Trayectoria de las tarifas eléctricas locales — El informe Perspectivas Energéticas Mundiales 2023 de la AIE proyecta una volatilidad continua en los precios de la electricidad comercial en el Sudeste Asiático, África Subsahariana y América Latina
- Acceso al mantenimiento y costo de mano de obra— Para corredores viales en áreas remotas o de baja densidad, el mantenimiento correctivo por evento puede costar entre 3 y 8 veces más que en centros urbanos (Banco Mundial ESMAP, Informe de tendencias del mercado solar fuera de la red, 2022)
- Estructura de financiación del proyecto— Los proyectos financiados con subvenciones pueden ponderar el CAPEX de manera diferente a los financiados con bonos municipales
Un análisis TCO adecuado normaliza estas variables a lo largo de un período de tiempo común, normalmente 15 años, alineado con los supuestos de vida útil nominal de las baterías LED y LiFePO₄.
Comparación de gastos de capital: alumbrado público solar vs. alumbrado público conectado a la red
Alumbrado público conectado a la red: ¿Qué se incluye en el presupuesto de capital?
El precio de la luminaria es solo un ítem. Una instalación completa con alimentación a la red eléctrica generalmente incluye:
- Zanjas y conductos: $15–$60 por metro lineal dependiendo de la condición del suelo y el tipo de superficie de la carretera
- Cable de media y baja tensión: $8–$25 por metro para cable blindado de 4 núcleos (precio de mercado, 2023-2024)
- Armario de transformador y distribución: $3,000–$12,000 por zona de alimentación (amortizado entre postes)
- Poste y cimentación: $200–$600 por punto dependiendo de la altura y la clase de carga del viento
- Luminaria (luminaria LED): $150–$400 por unidad, 70W–150W típico para carreteras arteriales
Para un corredor vial de 1 kilómetro con postes espaciados a intervalos de 35 metros (aproximadamente 29 postes), el CAPEX de infraestructura de red, excluyendo la luminaria, generalmente varía entre $18,000 a $55,000 Dependiendo de la distancia de la zanja y los costos civiles locales. Esta cifra no aparece en el costo unitario de la instalación, pero es totalmente atribuible al proyecto.
Farola solar: Estructura de inversión de capital agrupada
Una farola solar todo en uno integra el panel, la batería, el controlador y la luminaria en un solo conjunto montado en un poste. El costo por unidad instalada suele variar:
- Nivel de entrada (potencia equivalente a 60–80 W, autonomía de 1 a 2 noches): $400–$650 instalado
- Rango medio (equivalente a 80–120 W, LiFePO₄, autonomía de 3 noches): $700–$1,100 instalado
- Altas especificaciones (equivalente a 120 W o más, autonomía de 5 noches, atenuación inteligente): $1,100–$1,800 instalado
Críticamente, No se incurre en ningún coste de infraestructura de redLos costos de cimentación y postes son similares a los de los sistemas de red. El punto de equilibrio de CAPEX, en el que el costo total de la instalación solar coincide con el costo total de la red (instalación + infraestructura), generalmente ocurre cuando la distancia de extensión de la red excede los límites de la inversión.200–400 metros por poste, dependiendo de las tarifas civiles locales.
OPEX y mantenimiento: dónde las cifras divergen con el tiempo
Costo de la energía: sistemas alimentados por la red
El alumbrado público conectado a la red eléctrica consume electricidad continuamente, facturada a tarifas comerciales o de alumbrado público. Con una luminaria de 100 W que funciona 11 horas por noche (4015 horas al año):
Consumo anual de energía por punto: 100 W × 4015 h = 401,5 kWh/año
Con una tarifa comercial de $0,10/kWh (representativa de los mercados con tarifas más bajas en el Sudeste Asiático y partes de África), esto equivale a $40,15/unidad/añoA 0,15 dólares por kWh (Europa del Este, América Latina), la cifra asciende a$60,23/unidad/año.
Durante 15 años, con una modesta escalada tarifaria anual del 3%, el coste energético acumulado por luminaria oscila aproximadamente entre $740 a $1,120, dependiendo del nivel arancelario.
Costo de la energía: alumbrado público solar
Las farolas solares generan su propia energía. El coste energético continuo es prácticamente nulo, siempre que haya suficiente energía solar. Los datos de NASA POWER confirman que la mayoría de las regiones tropicales y subtropicales (bandas de latitud 15°N–35°N, incluyendo el norte de África, el sur y sudeste de Asia y América Central) reciben...4,5–6,5 horas pico de sol (PSH) por día en promedio anual, lo cual es suficiente para sustentar la iluminación durante toda la noche con sistemas de baterías de tamaño adecuado.
El OPEX relevante para los sistemas solares es Reemplazo de batería, que es la variable de costo recurrente más grande.
Costo de reemplazo de batería
Las baterías de LiFePO₄ (fosfato de hierro y litio), que se han convertido en el estándar de la industria para el alumbrado público solar, tienen una capacidad nominal de 2000 a 3000 ciclos con una profundidad de descarga (DoD) del 80 % en condiciones controladas, lo que corresponde a una vida útil en campo de aproximadamente 6 a 8 años bajo patrones de ciclo típicos (referencia IEEE: Análisis del ciclo de vida de celdas de LiFePO₄ para aplicaciones de almacenamiento estacionario, varios estudios de 2019-2022). Esto implica un ciclo de reemplazo de batería dentro de un horizonte de proyecto estándar de 15 años.
El costo de reemplazo de un paquete de baterías suele oscilar entre $80 y $200 por unidad (precio de fábrica), más mano de obra. En entornos urbanos accesibles, el costo total de reemplazo puede ser de $120 a $280 por unidad. En zonas remotas con altos costos de movilización, esta cifra puede alcanzar entre $350 y $500 por unidad.
Mantenimiento y respuesta ante fallos
Los sistemas conectados a la red eléctrica requieren un diagnóstico de fallos eléctricos que involucre tanto la luminaria como el circuito de alimentación aguas arriba. Cuando se producen fallos en los cables, disparos de los interruptores o problemas con los transformadores, los tiempos y costes de reparación son considerablemente mayores que en el caso de las unidades solares autónomas.
Valores típicos de referencia de costos de mantenimiento correctivo (ESMAP del Banco Mundial, 2022):
| Evento de mantenimiento | Sistema de cuadrícula (por evento) | Sistema Solar (por evento) |
|---|---|---|
| Reemplazo de lámpara/controlador | $30–$80 | $30–$80 |
| Reparación de averías en cables | $200–$1,500+ | N/D |
| Fallo del controlador/sensor | $50–$150 | $40–$120 |
| Reemplazo de batería | N/D | $120–$500 |
| Inspección anual por poste | $15–$40 | $10–$30 |
Los sistemas solares eliminan por completo el riesgo de fallas en los cables y simplifican el aislamiento de fallas a nivel de poste individual.
Período de recuperación y cálculo del TCO a 15 años
Ejemplo de cálculo del TCO estructurado
El siguiente ejemplo utiliza supuestos públicamente defendibles para ilustrar la metodología del TCO. Los equipos de compras deben sustituir los valores locales por cada variable.
Guión: Proyecto de alumbrado público de 50 postes, corredor de 2 km, a 400 m del punto de conexión a la red. Ubicación: región tropical, promedio de 5,2 PSH/día (NASA POWER, representativo del Sudeste Asiático peninsular). Tarifa eléctrica local: $0,12/kWh, con un aumento del 3% anual. Costo de movilización de mano de obra: moderado (carretera pavimentada accesible).
Las suposiciones se establecen explícitamente; los valores reales del proyecto variarán.
Opción de conexión a la red: TCO de 15 años (50 postes)
| Artículo de costo | Costo unitario | Total (50 postes) |
|---|---|---|
| Luminaria (LED de 100 W) | $280 | 14.000 dólares |
| Poste + cimentación | $400 | $20,000 |
| Zanja (400 m a $30/m) | — | $12,000 |
| Cable (400 m a $15/m) | — | 6.000 dólares |
| Armario de distribución (amortizado) | $200 por campo | 10.000 dólares |
| Subtotal de gastos de capital | 62.000 dólares | |
| Energía (15 años, aumento del 3 %, $0,12/kWh) | ~$860/campo | $43,000 |
| Mantenimiento programado (15 años) | $400/campo | $20,000 |
| Presupuesto de mantenimiento correctivo | $250/campo | $12,500 |
| Subtotal OPEX (15 años) | $75,500 | |
| Coste total de propiedad (TCO) de 15 años | $137,500 | |
| TCO por polo | $2,750 |
Opción de alumbrado público solar: Costo total de propiedad (TCO) de 15 años (50 postes)
| Artículo de costo | Costo unitario | Total (50 postes) |
|---|---|---|
| Unidad solar todo en uno (especificación media, LiFePO₄) | $850 | $42,500 |
| Poste + cimentación | $380 | $19,000 |
| Mano de obra de instalación | $120/campo | 6.000 dólares |
| Subtotal de gastos de capital | $67,500 | |
| Costo de energía | $0 | $0 |
| Reemplazo de batería (año 7, aprox.) | $220/campo | $11,000 |
| Mantenimiento programado (15 años) | $280/campo | 14.000 dólares |
| Presupuesto de mantenimiento correctivo | $150/campo | $7,500 |
| Subtotal OPEX (15 años) | $32,500 | |
| Coste total de propiedad (TCO) de 15 años | $100,000 | |
| TCO por polo | $2,000 |
Resultado:Bajo estos supuestos, la opción solar ofrece una TCO a 15 años 27% menor(100.000 dólares frente a 137.500 dólares) a pesar de un mayor precio de compra por unidad. La amortización simple de la prima de gastos de capital sobre los ahorros en gastos operativos de la red se produce aproximadamente en año 5–6.
Cuando la distancia de conexión a la red eléctrica es inferior a 100 metros y las tarifas eléctricas locales son inferiores a $0,08/kWh, la opción de conexión a la red eléctrica puede conservar la ventaja del costo del ciclo de vida. Los ingenieros deben modelar ambos escenarios con información local antes de finalizar las especificaciones.
Apoyo a la toma de decisiones: marco comparativo y lista de verificación para adquisiciones
Comparación directa: Alumbrado público solar vs. alumbrado público de red
| Dimensión de evaluación | LED conectado a la red | Farola solar (LiFePO₄) |
|---|---|---|
| Costo inicial (solo accesorio) | Inferior | Superior |
| Infraestructura CAPEX | Alto (zanjas, cables, transformadores) | Mínimo |
| Costo energético anual | $40–$120/poste/año | Efectivamente cero |
| Dependencia de la red | Completo | No |
| Ciclo de reemplazo de batería | N/D | Cada 6–8 años (LiFePO₄) |
| Aislamiento de fallas | Nivel de circuito (complejo) | Nivel de polo (simple) |
| Adecuado para zonas remotas/fuera de la red | No viable más allá de ~500m | Muy adecuado |
| Adecuado para zonas urbanas de alta densidad | Rentable | El costo depende de la tarifa |
| Compatibilidad con control inteligente | Sí (DALI, Zhaga) | Sí (PIR incorporado, atenuación) |
| Referencias estándar aplicables | EN 13201, IEC 60598 | IEC 62133, IEC 61427 |
| Recuperación típica del proyecto vs. línea base | — | 4–8 años (varía según el escenario) |
| TCO a 15 años (escenario representativo) | Mayor en corredores de baja densidad | Menor en entornos remotos o fuera de la red |
Lista de verificación de adquisiciones para la evaluación de alumbrado público solar
Antes de comprometerse con el alumbrado público solar en una licitación pública, los gerentes de adquisiciones deben verificar:
- Adecuación del recurso solar: ¿Se han utilizado datos de NASA POWER o PVGIS para confirmar un promedio anual mínimo de 4,0 PSH/día para la ubicación del proyecto?
- Días de autonomía especificados: ¿La especificación requiere un mínimo de 2 a 3 días nublados consecutivos de respaldo de batería al 50 % de la potencia nominal?
- La química de la batería está confirmada:¿Se especifica explícitamente la composición química del LiFePO₄? (Evite el plomo-ácido o el litio NMC para aplicaciones de ciclismo al aire libre).
- Garantía de vida útil del ciclo de la batería:¿El proveedor garantiza ≥2000 ciclos con ≥80 % de retención de capacidad? ¿Está esto documentado en la oferta?
- Clasificación IP e IK verificadas:¿La luminaria y el gabinete de la batería tienen una clasificación mínima de IP65 e IK08 según IEC 60529 y EN 62262?
- Eficiencia del conductor:¿La eficiencia del controlador LED es ≥92 % con carga nominal, con un factor de potencia ≥0,95?
- Mantenimiento del lumen: ¿La especificación requiere que L70 ≥50 000 horas según los datos IES LM-80?
- Lógica de atenuación inteligente definida: ¿El cronograma de atenuación (por ejemplo, 100% 18:00–23:00, 50% 23:00–05:00) está especificado en el contrato?
- Términos de garantía: ¿Las garantías del panel (≥10 años), de la batería (≥5 años) y de la luminaria (≥5 años) se indican por separado?
- Modelo TCO enviado:¿El ofertante debe presentar un modelo de costo del ciclo de vida de 15 años como parte de la propuesta técnica?
Conclusión
Cuando un proyecto abarca corredores viales a más de 300-500 metros de un punto de conexión a la red existente, o cuando las tarifas eléctricas locales superan los $0.10/kWh con una tendencia al alza, el alumbrado público solar suele ofrecer un costo total de propiedad a 15 años menor que las alternativas conectadas a la red, incluso considerando el reemplazo de baterías. La prima de CAPEX de los sistemas solares generalmente se recupera en un plazo de 5 a 8 años gracias a la eliminación de los costos de energía e infraestructura.
Para proyectos urbanos de alta densidad con infraestructura de red ya instalada, el análisis cambia: los sistemas conectados a la red pueden conservar la ventaja de costos, y la decisión debe basarse en un modelo de TCO específico para cada sitio, en lugar de reglas generales. El marco que se presenta aquí proporciona una metodología replicable que los gerentes de adquisiciones pueden adaptar a las condiciones locales.
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Referencias
- IRENA· Costos de generación de energía renovable 2023 · 2024 · queen.org
- AIE · Perspectivas energéticas mundiales 2023 · 2023 · iea.org
- ESMAP del Banco Mundial ·Informe de tendencias del mercado de energía solar fuera de la red 2022 · 2022 · esmap.org
- PODER DE LA NASA · Herramienta de acceso a datos de climatología (radiación solar superficial, PSH por ubicación) · power.larc.nasa.gov
- PVGIS · Comisión Europea Centro Común de Investigación, Sistema de Información Geográfica Fotovoltaica · re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools
- Dirección de referencia académica/IEEE Análisis del ciclo de vida de baterías de LiFePO₄ para aplicaciones estacionarias y de exterior. Múltiples estudios, 2019-2022 (Google Scholar: "LiFePO₄ cycle life outdoor storage")
- IEC 62133 · Requisitos de seguridad para pilas y baterías secundarias selladas portátiles · Comisión Electrotécnica Internacional
- IEC 61427 · Celdas y baterías secundarias para sistemas de energía fotovoltaica · Comisión Electrotécnica Internacional
- EN 13201· Norma de alumbrado público · Comité Europeo de Normalización
- IEC 60598 / IEC 60529 · Construcción de luminarias y clasificación de grado IP · Comisión Electrotécnica Internacional