Alumbrado solar grid‑tied vs off‑grid: TCO y mantenimiento

Summary

Comparación técnica de alumbrado solar conectado a red y autónomo para municipios: TCO a 20 años, ahorros de hasta 60–80 % en OPEX, reducciones de CO₂ >30 %, tiempos de instalación 30–50 % menores y análisis de mantenimiento anual por punto de luz.

Key Takeaways

• Calcular el TCO a 20 años comparando CAPEX y OPEX: alumbrado solar autónomo reduce hasta un 60–80 % los costes operativos frente a sistemas conectados a red.
• Dimensionar potencia LED (20–60 W) y capacidad de batería (1–3 kWh) según nivel de iluminación (≥20 lux) y autonomía requerida (2–3 noches sin sol).
• Reducir el coste de instalación hasta un 30–50 % con sistemas off‑grid al eliminar zanjeo, canalizaciones y acometidas de media/baja tensión.
• Diseñar para vida útil de 20–25 años de los módulos FV (IEC 61215) y 8–12 años de las baterías LiFePO4, planificando 1–2 reemplazos de batería en el ciclo de vida.
• Priorizar sistemas grid‑tied en avenidas con potencia instalada >100 kW y alta densidad de puntos de luz; usar off‑grid en zonas rurales, parques y viales nuevos.
• Exigir control inteligente (dimming 30–100 %, telegestión, RTC) para reducir consumo hasta un 40 % adicional y optimizar mantenimiento correctivo.
• Incluir en pliegos certificaciones IEC 61215, IEC 61730, IEC 61427, IEC 60598‑2‑3 y cumplimiento de IEEE 1547 para interconexión a red donde aplique.
• Estimar ROI entre 5 y 9 años para sistemas solares autónomos frente a luminarias convencionales de sodio o LED conectadas a red con tarifas >0,12 €/kWh.

Comparación de alumbrado solar conectado a red vs autónomo: introducción

Los municipios se enfrentan a una presión creciente para reducir costes operativos, descarbonizar sus infraestructuras y mejorar la resiliencia de los servicios públicos. El alumbrado público representa entre el 30 y el 60 % del consumo eléctrico municipal, por lo que la elección entre alumbrado solar conectado a red (grid‑tied) y alumbrado solar autónomo (off‑grid) tiene un impacto directo en el presupuesto y en los objetivos de sostenibilidad.

En proyectos de renovación o ampliación de redes de alumbrado, la decisión no es trivial. El CAPEX inicial, el TCO a 20 años, la complejidad de instalación, las restricciones urbanísticas y la capacidad de mantenimiento del ayuntamiento deben analizarse de forma comparativa. Este artículo ofrece un análisis técnico y económico orientado a responsables de contratación, ingenieros municipales y gestores de proyectos que necesitan justificar la solución óptima en términos de coste total de propiedad, instalación y mantenimiento.

Análisis técnico de las soluciones grid‑tied y off‑grid

Arquitectura de un sistema solar de alumbrado conectado a red

En un sistema grid‑tied, los módulos fotovoltaicos se conectan a un inversor que inyecta energía en la red de baja tensión. La luminaria LED se alimenta de la red y el sistema solar compensa parcial o totalmente el consumo eléctrico mediante autoconsumo o balance neto (según normativa local).

Componentes típicos:

• Campo FV: 200–800 Wp por punto de luz o por grupo de luminarias.
• Inversor de cadena o microinversores (rendimiento >96 %).
• Cuadro de protección AC/DC con protecciones según IEC 60364.
• Luminaria LED de 30–120 W, cumpliendo IEC 60598‑2‑3.
• Sistema de control: reloj astronómico, telegestión, sensores.

Ventajas técnicas:

• No requiere baterías locales, reduciendo complejidad de sustitución.
• Iluminación no dependiente de la radiación diaria (respaldo total de la red).
• Facilita la integración en sistemas SCADA municipales existentes.

Limitaciones:

• Necesidad de acometidas y canalizaciones eléctricas.
• Dependencia de la estabilidad de la red y de la tarifa eléctrica.
• Tramitación administrativa para generación conectada (normas tipo IEEE 1547).

Arquitectura de un sistema de alumbrado solar autónomo (off‑grid)

En un sistema off‑grid, cada punto de luz (o grupo reducido) integra su propio generador FV, batería y controlador de carga. La luminaria se alimenta exclusivamente de la energía almacenada, sin conexión a la red.

Componentes típicos por punto de luz:

• Módulo(s) FV: 80–200 Wp.
• Batería: 1–3 kWh (LiFePO4 o LFP preferente, ciclo de vida >4.000 ciclos).
• Controlador de carga MPPT con eficiencia >95 %.
• Luminaria LED vial: 20–60 W.
• Soporte y columna: 6–9 m de altura, con estructura para panel.
• Sistema de control: perfiles de dimming (por ejemplo, 100 % primeras 4 h, 50 % siguientes 6 h), sensor de movimiento opcional.

Ventajas técnicas:

• Totalmente independiente de la red eléctrica.
• Ideal para zonas sin infraestructura eléctrica o con red inestable.
• Instalación rápida, sin zanjeo ni permisos de acometida.

Limitaciones:

• Dependencia de la radiación solar local y del correcto dimensionamiento.
• Necesidad de reemplazo de baterías cada 8–12 años (según tecnología y uso).
• Gestión distribuida de activos (cada punto de luz es un sistema completo).

Especificaciones clave de diseño

Para ambas soluciones, los parámetros críticos que deben definirse en fase de proyecto son:

• Nivel de iluminación: típicamente 10–20 lux promedio para calles residenciales, 20–30 lux para avenidas, según normativa local.
• Horas de operación: 4.000–4.380 h/año (12 h/día promedio).
• Perfil horario: continuo o con reducción de flujo (dimming) en horas valle.
• Vida útil objetivo: 20–25 años para el sistema completo.

En sistemas off‑grid, se añaden:

• Autonomía sin sol: mínimo 2–3 noches con radiación reducida (criterio habitual en proyectos respaldados por bancos multilaterales).
• Profundidad de descarga (DoD) de la batería: 70–80 % para maximizar vida útil.
• Factor de seguridad en dimensionamiento FV: 1,2–1,3 sobre demanda energética diaria.

TCO, instalación y mantenimiento: análisis comparativo

Coste total de propiedad (TCO) a 20 años

El TCO combina CAPEX (inversión inicial) y OPEX (operación y mantenimiento) en el horizonte de vida del proyecto. Para comparar grid‑tied vs off‑grid, se deben considerar:

• Coste de equipos: módulos FV, baterías, luminarias, inversores/controladores.
• Obras civiles: zanjas, canalizaciones, cimentaciones, postes.
• Coste de energía: tarifa eléctrica actual y proyectada (€/kWh).
• Mantenimiento: visitas anuales, limpieza de paneles, sustitución de baterías/inversores.

Ejemplo orientativo (valores medios, por punto de luz):

• Luminaria LED conectada a red sin FV: CAPEX 500–800 €, OPEX energía 40–80 €/año (0,12–0,20 €/kWh, consumo 300–400 kWh/año).
• Sistema solar grid‑tied: CAPEX 1.000–1.400 €, OPEX energía 10–30 €/año (autoconsumo 50–80 %), mantenimiento 10–20 €/año.
• Sistema solar off‑grid: CAPEX 1.500–2.200 €, OPEX energía 0 €, mantenimiento 20–40 €/año + 1–2 reemplazos de batería (200–400 € cada uno) en 20 años.

En escenarios con tarifas eléctricas crecientes (>0,15 €/kWh) y buena radiación (>1.500 kWh/m²·año), el TCO de soluciones off‑grid suele ser competitivo o inferior al de sistemas conectados a red a partir del año 7–10.

Costes y tiempos de instalación

La instalación es un factor crítico en proyectos urbanos, donde las obras civiles generan molestias y requieren permisos.

Grid‑tied:

• Requiere:
  • Zanjeo y canalización para cableado de baja tensión.
  • Cuadros de mando y protección.
  • Coordinación con la compañía distribuidora.
• Tiempos:
  • 1–2 días por tramo de 5–10 luminarias, más plazos administrativos.
• Impacto:
  • Cortes de tráfico, ocupación de vía pública, mayor coordinación interdepartamental.

Off‑grid:

• Requiere:
  • Cimentación del poste.
  • Montaje del conjunto FV‑batería‑luminaria.
• Tiempos:
  • 1 día por lote de 5–10 puntos de luz con equipos prefabricados.
• Impacto:
  • Mínimo zanjeo, menor afección a servicios existentes.

En áreas nuevas o rurales, el ahorro en obras de canalización puede reducir el CAPEX total de un proyecto off‑grid en un 30–50 % frente a la extensión de la red.

Mantenimiento y operación

Mantenimiento común (ambas soluciones):

• Limpieza de módulos FV: 1–2 veces al año, más frecuente en entornos polvorientos.
• Revisión de fijaciones mecánicas y cableado.
• Verificación del funcionamiento de luminarias y controladores.

Específico grid‑tied:

• Inversores: vida útil 10–15 años, posible 1 reemplazo en 20 años.
• Monitorización centralizada: facilita la detección de fallos.
• Riesgo de fallos en puntos de conexión y protecciones.

Específico off‑grid:

• Baterías:
  • Plomo‑ácido: 4–7 años de vida útil, no recomendadas para TCO optimizado.
  • LiFePO4: 8–12 años, 4.000–6.000 ciclos a 70–80 % DoD.
• Control distribuido: recomendable telegestión por radio/GPRS para reducir visitas.

En términos de horas de trabajo anuales, los sistemas off‑grid bien diseñados con baterías LiFePO4 y telegestión pueden requerir 0,5–1,0 h/año por punto de luz, similar a sistemas grid‑tied, pero con picos de trabajo en años de reemplazo de baterías.

Aplicaciones y casos de uso municipales

Dónde tiene más sentido el alumbrado solar conectado a red

Los sistemas grid‑tied son especialmente adecuados cuando:

• Existe ya una red de baja tensión bien distribuida.
• Se plantean grandes proyectos de renovación (>500 puntos de luz) donde la gestión centralizada es prioritaria.
• La normativa de autoconsumo o balance neto es favorable.
• Se busca reducir el consumo eléctrico sin cambiar radicalmente la arquitectura de la red.

Ejemplos de aplicación:

• Grandes avenidas y rondas con alta densidad de tráfico.
• Zonas industriales con cargas adicionales conectadas a la misma red.
• Proyectos integrados con otras infraestructuras (carga de vehículos eléctricos, edificios municipales cercanos).

Dónde destaca el alumbrado solar autónomo

Los sistemas off‑grid aportan más valor cuando:

• No existe red eléctrica cercana o su extensión es costosa.
• Se prioriza la rapidez de despliegue y la mínima afección a la vía pública.
• Se busca resiliencia frente a apagones o catástrofes naturales.

Ejemplos de aplicación:

• Caminos rurales y accesos a pedanías.
• Parques, carriles bici y paseos marítimos.
• Nuevos desarrollos urbanísticos donde la red aún no está ejecutada.
• Zonas de alta sensibilidad ambiental donde se limita el zanjeo.

ROI y análisis de retorno

El ROI depende de:

• Diferencial de CAPEX entre soluciones.
• Ahorro anual en energía (kWh evitados × €/kWh).
• Costes de mantenimiento y reemplazos.

De forma orientativa:

• Proyectos off‑grid en zonas con tarifa >0,15 €/kWh y radiación >1.600 kWh/m²·año suelen lograr ROI entre 5 y 9 años frente a luminarias LED convencionales.
• Proyectos grid‑tied pueden situarse en ROI de 7–12 años, dependiendo del porcentaje de autoconsumo y de incentivos fiscales o subvenciones.

Los municipios deben modelizar varios escenarios (tarifas, inflación, coste de CO₂) en horizontes de 15–25 años para justificar la inversión ante órganos de control y financiadores.

Guía de selección y tabla comparativa

Criterios de decisión para municipios

Al elaborar pliegos de condiciones y estudios de viabilidad, conviene evaluar:

• Radiación solar anual (kWh/m²·año) y climatología local.
• Coste de extensión de red por metro lineal.
• Densidad de puntos de luz y potencia total instalada.
• Capacidad de mantenimiento interno vs. externalizado.
• Objetivos de resiliencia y continuidad del servicio.
• Requisitos normativos y de certificación.

Tabla comparativa: grid‑tied vs off‑grid

Criterio	Solar grid‑tied	Solar off‑grid
Dependencia de la red	Alta	Nula
CAPEX por punto de luz	Medio (1.000–1.400 €)	Medio‑alto (1.500–2.200 €)
OPEX energía	Bajo (10–30 €/año)	Cero
Obras civiles (zanjeo)	Elevadas	Mínimas
Complejidad administrativa	Media‑alta (interconexión, permisos)	Baja (similar a alumbrado convencional aislado)
Mantenimiento inversores/baterías	Inversor 10–15 años	Batería 8–12 años
Resiliencia ante apagones	Limitada (depende de la red)	Alta (funcionamiento autónomo)
Adecuado para zonas remotas	Poco recomendable	Muy recomendable
Integración con SCADA central	Muy buena	Buena con telegestión adecuada
ROI típico	7–12 años	5–9 años (según contexto)

Recomendaciones prácticas para pliegos

• Definir claramente el horizonte de análisis (mínimo 20 años).
• Exigir simulaciones energéticas basadas en datos de recurso solar locales (por ejemplo, bases tipo NREL o equivalentes regionales).
• Incluir requisitos de telegestión y monitorización remota.
• Establecer garantías mínimas:
  • Módulos FV: 10–12 años producto, 25 años rendimiento.
  • Baterías LiFePO4: 5–8 años o >3.000 ciclos al 70 % DoD.
  • Luminarias LED: L80B10 a 100.000 h.
• Solicitar análisis comparativo de TCO y escenarios de sensibilidad (±20 % en tarifas eléctricas).

FAQ

Q: ¿Qué es el alumbrado solar conectado a red (grid‑tied) para municipios? A: El alumbrado solar conectado a red es un sistema en el que los módulos fotovoltaicos generan energía que se inyecta en la red de baja tensión, mientras las luminarias LED se alimentan de esa misma red. La energía solar producida compensa parcial o totalmente el consumo, reduciendo la factura eléctrica municipal. No utiliza baterías locales, sino que la red actúa como respaldo permanente. Es adecuado para zonas con infraestructura eléctrica existente y normativas favorables al autoconsumo o balance neto.

Q: ¿Cómo funciona un sistema de alumbrado solar autónomo (off‑grid)? A: En un sistema off‑grid, cada punto de luz integra panel fotovoltaico, batería, controlador y luminaria LED en un conjunto autosuficiente. Durante el día, el panel carga la batería a través del controlador MPPT; por la noche, la batería alimenta la luminaria según un perfil programado (por ejemplo, 100 % de flujo las primeras horas y reducción posterior). No existe conexión a la red eléctrica, por lo que el diseño debe garantizar autonomía de 2–3 noches sin sol. Esta arquitectura es ideal para zonas remotas o donde el zanjeo es costoso o inviable.

Q: ¿Cuáles son los principales beneficios del alumbrado solar off‑grid frente al grid‑tied? A: El principal beneficio es la independencia total de la red eléctrica y de las tarifas de energía, lo que reduce el OPEX a prácticamente cero. Además, elimina la necesidad de zanjeo y canalizaciones, disminuyendo el CAPEX de obra civil hasta un 30–50 % en ciertos proyectos. La instalación es más rápida y menos intrusiva, lo que minimiza afecciones al tráfico y al entorno urbano. Por último, mejora la resiliencia ante apagones, manteniendo el servicio de alumbrado incluso en fallos de la red.

Q: ¿Cuánto cuesta instalar alumbrado solar grid‑tied y off‑grid por punto de luz? A: Los costes varían según país, escala del proyecto y especificaciones, pero de forma orientativa un sistema grid‑tied puede situarse entre 1.000 y 1.400 € por punto de luz, incluyendo paneles, inversor y luminaria LED. Un sistema off‑grid completo suele estar entre 1.500 y 2.200 € por punto de luz, ya que incorpora batería y estructura específica. No obstante, en proyectos donde la extensión de red es costosa, el ahorro en zanjeo y acometidas puede compensar el mayor coste unitario del equipo off‑grid.

Q: ¿Qué especificaciones técnicas deben considerarse al comparar ambas soluciones? A: Es clave definir la potencia de la luminaria (20–60 W para viales residenciales), el nivel de iluminación requerido (10–20 lux), el número de horas de operación (4.000–4.380 h/año) y la vida útil objetivo (20–25 años). Para sistemas off‑grid, deben especificarse la potencia FV (80–200 Wp por punto), la capacidad de batería (1–3 kWh), la autonomía sin sol (2–3 noches) y la profundidad de descarga máxima. En ambos casos, se deben exigir certificaciones IEC 61215 e IEC 61730 para módulos, IEC 60598‑2‑3 para luminarias y normas específicas de baterías y controladores.

Q: ¿Cómo se instala un sistema de alumbrado solar autónomo en un municipio? A: El proceso comienza con el estudio fotométrico y el diseño de la ubicación de postes. Posteriormente se ejecutan las cimentaciones y se instalan las columnas con sus brazos. Los conjuntos prefabricados (panel, batería, luminaria y controlador) se montan en fábrica o in situ y se conectan siguiendo los esquemas del fabricante. No se requiere zanjeo para cableado de alimentación, solo canalizaciones de baja tensión si se integra telegestión cableada, aunque normalmente se usa comunicación inalámbrica. Tras las pruebas de funcionamiento y programación de perfiles de iluminación, el sistema queda operativo.

Q: ¿Qué mantenimiento requieren los sistemas grid‑tied y off‑grid? A: Ambos tipos de sistemas necesitan revisiones periódicas, normalmente una vez al año, para limpieza de paneles, comprobación de fijaciones y verificación de protecciones eléctricas. En sistemas grid‑tied, se debe considerar el reemplazo del inversor cada 10–15 años. En sistemas off‑grid, el elemento crítico son las baterías, que suelen reemplazarse cada 8–12 años si son de litio (LiFePO4). La telegestión permite detectar fallos de forma remota y reducir visitas de campo, optimizando los costes de mantenimiento.

Q: ¿Cómo se comparan el TCO y el ROI entre alumbrado solar grid‑tied y off‑grid? A: El TCO a 20 años de un sistema off‑grid puede ser similar o inferior al de un sistema grid‑tied, especialmente en contextos con tarifas eléctricas elevadas (>0,15 €/kWh) y buenos recursos solares. Aunque el CAPEX del off‑grid es mayor, el OPEX es prácticamente nulo, salvo mantenimiento y reemplazo de baterías. El ROI típico de proyectos off‑grid se sitúa entre 5 y 9 años, mientras que el de proyectos grid‑tied suele estar entre 7 y 12 años, dependiendo del porcentaje de autoconsumo y de los incentivos disponibles.

Q: ¿Qué certificaciones y normas deben cumplir estos sistemas para licitaciones públicas? A: Para garantizar calidad y seguridad, los pliegos deberían exigir módulos fotovoltaicos certificados según IEC 61215 (diseño y calificación) e IEC 61730 (seguridad), luminarias conforme a IEC 60598‑2‑3, y baterías probadas bajo normas IEC 61427 o equivalentes. En sistemas grid‑tied, la interconexión debe ajustarse a estándares como IEEE 1547 y a la normativa local de conexión a red. Adicionalmente, pueden requerirse ensayos de compatibilidad electromagnética (EMC) y certificaciones de laboratorio acreditado (por ejemplo, UL o TÜV) para componentes críticos.

Q: ¿Cuándo debería un municipio elegir alumbrado solar off‑grid en lugar de grid‑tied? A: Es recomendable optar por off‑grid cuando el coste de extender la red por metro lineal es alto, cuando se trata de zonas rurales o parques alejados de centros de carga, o cuando la rapidez de despliegue es prioritaria. También es la mejor opción en regiones con redes inestables o con frecuentes apagones, ya que la autonomía del sistema garantiza la continuidad del servicio. En áreas urbanas consolidadas con buena infraestructura eléctrica, el grid‑tied puede ser más competitivo, especialmente si se busca integrar la generación solar en una estrategia energética municipal más amplia.

Q: Cómo influyen las condiciones climáticas y el recurso solar en el diseño? A: El recurso solar (kWh/m²·año) determina la potencia fotovoltaica necesaria para garantizar la energía requerida por las luminarias. En zonas con radiación alta (>1.600 kWh/m²·año), el dimensionamiento puede ser más compacto; en climas con inviernos largos o nubosos, se debe aumentar la potencia FV y la capacidad de batería para mantener la autonomía. Además, temperaturas extremas afectan al rendimiento de paneles y baterías, por lo que es importante considerar coeficientes de temperatura y rangos operativos en el diseño. Un estudio climático previo es esencial para evitar sobredimensionamientos o fallos de servicio.

References

1. NREL (2024): Solar resource data and PVWatts calculator methodology, datos de recurso solar y modelización de producción fotovoltaica.
2. IEC 61215 (2021): Crystalline silicon terrestrial PV modules – Design qualification and type approval, requisitos de diseño y ensayos para módulos FV.
3. IEEE 1547 (2018): Standard for interconnection and interoperability of distributed energy resources with associated electric power systems interfaces.
4. IEA PVPS (2024): Trends in Photovoltaic Applications, informe sobre tendencias globales de mercado fotovoltaico y aplicaciones descentralizadas.
5. IEC 61730 (2016): Photovoltaic module safety qualification, requisitos de seguridad eléctrica y mecánica para módulos FV.
6. IEC 60598‑2‑3 (2018): Luminaires – Particular requirements – Luminaires for road and street lighting.
7. IEC 61427 (2015): Secondary cells and batteries for renewable energy storage – General requirements and methods of test.
8. UL 1598 (2021): Luminaires, requisitos de seguridad para luminarias utilizados como referencia en muchos mercados.

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