29 Oct, 2012

La rentabilidad del LED en el alumbrado público: Mitos y realidades.

Esta entrada es una adaptación de la comunicación “Inversiones para la eficiencia energética en alumbrado ante cambios tecnológicos” presentada en el X Congreso de Municipalistas, el pasado día 17 de octubre. La comunicación completa se puede leer aquí.

Actualmente existe un movimiento muy fuerte de impulso a la tecnología LED para aplicaciones de alumbrado público. En todos aquellos municipios en los que se consulta al ingeniero municipal, asegura haber recibido la visita de varias empresas ofertándole el cambio tecnológico en el sistema de alumbrado municipal para poder aprovechar las bondades de esta nueva técnica.

Sin embargo, frente a la presión por parte de vendedores y distribuidores, no existe en nuestro país un contrapeso institucional o académico bien definido que ayude a clarificar la situación y sea capaz de ofrecer un análisis crítico del estado actual de la cuestión, mediante estudios y experiencias bien estudiadas y contrastadas con fabricantes, instaladores, distribuidores y administraciones públicas.

Sin embargo, desde el año 2008, El Departamento de Energía de Estados Unidos (U.S. DOE) ha seguido de manera pormenorizada los proyectos de implantación de tecnología LED en el alumbrado público en diferentes ciudades del país. Estos estudios, sin par en el resto del mundo, ayudan de una manera muy notable a poder conocer el estado del desarrollo de esta tecnología en cuanto a su capacidad de cumplir con los estándares y la normativa vigente, así como la rentabilidad económica de las inversiones que se realizan. Se han traído tres casos recientes de ciudades que han promovido proyectos este tipo para poder observar los resultados que se obtuvieron.

En Palo Alto se llevó a cabo un proyecto a modo de demostración para evaluar la posibilidad de reemplazar las luminarias de vapor de sodio de alta presión (VSAP) por otras luminarias de tecnologías más avanzadas, entre las que se encuentran las lámparas de inducción, tecnología LED así como tecnología de monitorización y control de flujo luminoso remoto.

Se eligió a diferentes empresas suministradoras de luminarias de las diferentes tecnologías. En concreto, para el caso de iluminación LED, se eligió a BetaLED y Deco Lighting. Se sustituyeron siete luminarias tradicionales de VSAP de 70W y se tomaron medidas de iluminancia tanto en los puntos de prueba como su alrededores, antes y después de la instalación de las nuevas luminarias

Los resultados de las mediciones demostraron que las luminarias LED producen una luz mas uniforme y con mejores ángulos de corte que mejoran la dispersión lumínica, consumiendo la menor cantidad de energía entre las diferentes luminarias empleadas.

La ciudad empleaba luminarias tipo cobrahead con un coste de 78$. La combinación de los bajos costes energéticos existentes en la ciudad junto con bajos costes de instalación, representaban una barrera importante para cualquier alternativa de lámpara que supusiese un coste adicional. Con una media de coste eléctrico de 32$ por año, la reducción del 44% en consumo energético proporcionado por el LED se traduce en 14$ por año. Los ahorros en mantenimiento se estimaron en 17$ por año, sumando un retorno total de 31$ anuales por cada lámpara instalada.

Los criterios de elegibilidad de las tecnologías analizadas fueron dos: uno que medía el desempeño, exigiendo que la solución instalada igualase al menos las características lumínicas de la instalación anterior y otro de carácter económico, que exigía un valor actual positivo para la inversión. Ninguna de las soluciones exploradas (LED, inducción y control de flujo remoto) pudieron cumplir con los criterios de desempeño y económicos diseñados de forma conjunta, así que se desestimó la posibilidad de implantar alguna de las nuevas tecnologías analizadas de forma masiva en la ciudad.

El plazo de recuperación de el acondicionamiento de una luminaria de 70W de VSAP para una luminaria tipo LED se estimó en las condiciones del proyecto en 12 años, disminuyendo a 10 años para las instalaciones nuevas, siempre manteniendo las condiciones previas de iluminación de la instalación. Desgraciadamente, a pesar de ofrecer muy buenas condiciones en cuanto a ahorro energético, el coste de la opción existente teniendo en cuenta todas las variables que intervienen hizo que se descartase la implantación de cualquier nueva tecnología, incluyendo la LED.

Informe completo del U.S. DOE (link).

El caso de Sacramento – California (Diciembre 2011)

En Sacramento se diseñó un proyecto piloto para evaluar el desempeño de la tecnología LED en farolas ornamentales dentro de la ciudad. El objetivo del estudio era caracterizar la solución con el mejor rendimiento en aquel momento (marzo 2011) para dos tipos de soluciones LED existentes capaces de sustituir las luminarias existentes, de 100W de VSAP, un kit de retrocompatibilidad formado por una lámpara y el balasto y otro kit de sustitución completa de la luminaria.

Tres kits de reemplazo de lámpara y balasto fueron escogidos conjuntamente por los técnicos municipales, en coordinación con los fabricantes y sus representantes comerciales. Posteriormente, el Pacific Northwest National Laboratory (PNNL, laboratorio de investigación gubernamental, dependiente del Departamento de Energía de Estados Unidos) seleccionó una luminaria adicional para representar la mejor de su clase en cuanto a rendimiento para el proyecto. Antes de que se tomasen medidas de campo, en el PNNL se creó un modelo por ordenador utilizando la fotometría del fabricante, que predijo que ninguna de los productos seleccionados para el proyecto sería capaz de igualar el desempeño fotópico (relacionado con la correcta identificación de colores por parte del ojo humano) de la solución anterior basada en VSAP. Las medidas de campo no solo verificaron esta caída del desempeño por parte de las lámparas LED, sino que indicaron que dos de los productos ensayados redujeron considerablemente la uniformidad de la iluminación. De este hecho, se podría asumir que los ahorros energéticos que presentaban los productos LED analizados, podrían ser directamente atribuibles a su peor rendimiento fotópico.

Las diferencias entre VSAP y LED aumentaron cuando se consideraron los factores de pérdida de flujo luminoso. Después de varios años en desarrollo, en agosto de 2011 se publicó el método recomendado por la IES (Illuminating Engineering Society) para la predicción del mantenimiento de flujo luminoso en el tiempo. Este método fue utilizado para extrapolar el desempeño de las soluciones testeadas. Se estimó que el flujo luminoso de los tres kits de reemplazo decaería a un valor entre el 85% y el 79% del flujo original después de 36.000 horas en funcionamiento. Los kits de reemplazo completo mostraron un rendimiento mejor, mostrando un 86% de flujo luminoso esperado después de 63.000 horas en funcionamiento.

Al no ofrecer los fabricantes productos que igualasen el desempeño lumínico de las lámparas VSAP existentes, los resultados fueron escalados teóricamente para poder hacer comparaciones económicas equitativas. El precio y la potencia de las luminarias se ajustaron proporcionalmente para calcular el mantenimiento del flujo lumínico, la perdida de características debida a la suciedad y la adaptación visual de los usuarios. Se calcularon entonces escenarios de retorno de las inversiones y ciclos de vida para cada uno de los productos analizados, indicando los resultados que ninguna de las opciones representa una mejor solución para reemplazar las luminarias VSAP desde el punto de vista económico.

Informe completo del U.S. DOE (link).

El caso de Portland – Oregon (junio 2012)

El alumbrado público de Portland utiliza lámparas VSAP y luminarias del tipo cobrahead, aunque en ciertas ubicaciones se utilizan luminarias decorativas. La ciudad cuenta con 54.000 lámparas, con una potencia nominal que varía entre 100W y 400W. Las autoridades de la ciudad llevan tiempo buscando alternativas al alumbrado existente, siendo las principales alternativas exploradas la iluminación con tecnología LED y mediante inducción. Se han llevado a cabo diferentes proyectos de implantación de estas nuevas tecnologías pero aun no se ha adoptado ninguna de forma masiva. La construcción de un nuevo bulevar (NE Cully Boulevard) brindó la oportunidad de llevar a cabo una experiencia de nueva construcción, frente a otras experiencias que se habían basado en la sustitución de luminarias ya existentes.

El objetivo principal del proyecto llevado a cabo en el NE Cully Boulevard de Portland era instalar y comparar múltiples luminarias (utilizando distintas tecnologías en las lámparas) en una misma ubicación. El resultado de esta evaluación confirmó el consenso de que las lámparas LED pueden sustituir adecuadamente las lámparas VSAP de 100W reduciendo el consumo energético. El desempeño de los productos LED es similar o mejor que otros sistemas energéticamente eficientes que se utilizan en alumbrado público, como la inducción o las lámparas de halogenuros metálicos con tecnología cerámica.

A pesar de que no todos los productos evaluados presentaron el mismo rendimiento, las luminarias estudiadas ofrecieron generalmente mayor eficacia, una distribución de la intensidad luminosa más adecuada y mejor rendimiento de color, comparadas con las luminarias VSAP existentes. No obstante, algunos productos no generaron iluminación suficiente en ciertas zonas o no llegaron a cumplir los requisitos de diseño durante la vida de la instalación. Se encontraron situaciones en las que un tipo de luminaria tenía un buen desempeño en ciertos aspectos como la eficiencia energética, y malo en otros como la distribución del flujo lumínico, así como luminarias que causaban molestias a los usuarios en forma de deslumbramientos y luz intrusa.

Mientras que el desempeño general de las luminarias alternativas fue en general mejor que la solución previa basada en VSAP, los costes siguen siendo una barrera importante que frena la adopción masiva de la tecnología LED. Basándose en los costes de las luminarias adquiridas para la experiencia de Portland, el periodo mínimo de retorno de la inversión calculado asciende a 17,3 años, para la opción mas barata. Con unos precios que contemplasen descuentos por volumen, los periodos de retorno de la inversión podían bajar entonces de 10 años.

Informe completo del U.S. DOE (link).

Sinopsis

El estudio de los tres casos pone de manifiesto como la tecnología LED va avanzando poco a poco en cuanto a desempeño y a su capacidad de sustituir lámparas VSAP cada vez más potentes. Parece ya claro que hoy por hoy esta tecnología es capaz de reemplazar potencias de VSAP hasta unos 100W, mientras que hace solamente algunos años no era capaz de sustituir ni siquiera las de 70W. También se puede observar una fuerte variabilidad del desempeño, la eficiencia energética y la durabilidad en el tiempo de las diferentes lámparas dependiendo del fabricante, algo que es de esperar dado que es una tecnología que aún no está madura. Esto nos obliga a tener especial cuidado a la hora de elegir que productos implantar para obtener unos resultados satisfactorios.

Por otro lado, los tres casos muestran la barrera económica que existe en la implantación de esta opción. El coste de las lámparas LED es cada vez menor, pero aún no se ha documentado ningún caso de alumbrado público por parte del Departamento de Energía de Estados Unidos que acredite la viabilidad económica de estas inversiones.

Para concluir, hay que responder entonces a una pregunta que se desprende del estudio de estos casos. ¿Es posible realizar inversiones para la eficiencia energética en otros campos diferentes al LED? La respuesta a esta pregunta es un rotundo si. A nuestro entender, existen numerosos aspectos en los que realizar inversiones cuya rentabilidad está totalmente contrastada, aunque la descripción de dónde y cómo hacer estas inversiones sera objeto de otra entrada posterior.