Vigilancia off-grid en infraestructuras críticas

Summary

Soluciones de videovigilancia off‑grid para infraestructuras críticas con consumo diario ≤2–3 kWh, autonomía de 3–7 días y redundancia N+1. Se detallan dimensionamiento fotovoltaico, baterías LiFePO4, enlaces 4G/5G y gestión remota segura.

Key Takeaways

• Calcular el presupuesto de potencia partiendo de 50–150 W por torre, considerando 24 h de operación y un margen de seguridad ≥20 %.
• Dimensionar el sistema FV para al menos 3 días de autonomía, usando 2–5 kWh de baterías LiFePO4 y un factor de rendimiento del 80 %.
• Implementar redundancia N+1 en alimentación (dos strings FV, doble MPPT o doble batería de 48 V) para disponibilidad >99,9 %.
• Diseñar la red con doble enlace WAN (4G/5G + satélite) y QoS para soportar 2–8 Mbps por cámara en H.265.
• Usar gestión remota segura (VPN, TLS 1.2+, SNMPv3) para monitorizar SOC de baterías, fallos de inversor y estado de cámaras en tiempo real.
• Seleccionar equipos con rango térmico −20 a +60 °C, protección IP66/IK10 y cumplimiento IEC 61215, IEC 62109 e IEEE 1547.
• Optimizar el almacenamiento local con 7–30 días de retención en NVR/SD, grabación por eventos y bitrate adaptativo para reducir tráfico un 40–60 %.
• Planificar O&M con inspecciones trimestrales, limpieza de módulos FV cuando la pérdida supere el 5 % y pruebas anuales de capacidad de baterías.

Introducción: vigilancia off‑grid en infraestructuras críticas

La protección de infraestructuras críticas —subestaciones eléctricas, oleoductos, plantas fotovoltaicas remotas, estaciones de bombeo, puentes, centros de datos edge— exige sistemas de videovigilancia fiables incluso donde no hay red eléctrica ni conectividad cableada. En estos entornos, la videovigilancia off‑grid basada en energía solar, baterías y comunicaciones inalámbricas se ha convertido en un componente estratégico de la seguridad física.

El reto no es solo alimentar cámaras y sensores: se trata de garantizar disponibilidad 24/7, resistir condiciones ambientales extremas, mantener la integridad de los datos de vídeo y permitir una gestión remota eficiente a cientos de kilómetros. Un error de dimensionamiento en el presupuesto de potencia o una falta de redundancia puede dejar un perímetro ciego durante horas o días, con impacto directo en el riesgo operativo y regulatorio.

Este artículo aborda, desde una perspectiva técnica y B2B, cómo diseñar soluciones de videovigilancia off‑grid para infraestructuras críticas, con foco en tres pilares: presupuesto de potencia, redundancia y gestión remota.

Dimensionamiento técnico: presupuesto de potencia y arquitectura energética

Un diseño robusto comienza con un presupuesto de potencia preciso. Subestimar consumos o sobrevalorar recursos solares es la causa más frecuente de fallos en sistemas off‑grid.

Inventario de cargas y perfiles de operación

El primer paso es listar todos los equipos de la torre o nodo de vigilancia:

• Cámaras fijas (5–10 W) y PTZ (15–30 W).
• Iluminación IR/LED (10–50 W según alcance).
• NVR/edge server o gateway industrial (10–40 W).
• Router 4G/5G o terminal satelital (8–30 W pico).
• Switch PoE industrial (5–15 W sin carga, más PoE entregado).
• Sensores adicionales (radar, PIR, acústicos, 2–10 W).
• Conversores DC‑DC, cargadores, pérdidas del inversor (5–15 %).

Se deben definir modos de operación:

• Modo normal 24/7: cámaras en streaming continuo o por eventos.
• Modo nocturno: mayor consumo por IR/iluminación.
• Modo de alarma: PTZ en movimiento, bitrate máximo, comunicaciones intensivas.

Ejemplo de torre típica:

• 2 cámaras fijas (2 × 8 W) = 16 W
• 1 PTZ (25 W promedio) = 25 W
• Iluminación IR (20 W promedio nocturno) = 10 W promedio diario
• Router 4G (12 W) = 12 W
• NVR/gateway (20 W) = 20 W
• Switch PoE (10 W) = 10 W
• Pérdidas (12 %) ≈ 11 W

Potencia media aproximada: 16 + 25 + 10 + 12 + 20 + 10 + 11 ≈ 104 W.

Consumo diario: 104 W × 24 h ≈ 2,5 kWh/día.

Cálculo de energía y margen de seguridad

Con el consumo diario estimado, se aplica un margen de seguridad del 20–30 % para cubrir variaciones de tráfico, temperaturas extremas y degradación de equipos:

• Energía de diseño: 2,5 kWh/día × 1,25 ≈ 3,1 kWh/día.

Este valor es la base para dimensionar el campo fotovoltaico y el banco de baterías.

Dimensionamiento fotovoltaico off‑grid

El dimensionamiento del generador FV depende de la irradiación del emplazamiento, expresada en kWh/m²·día o “horas solares pico” (HSP). Herramientas como PVWatts de NREL permiten obtener estos datos con precisión.

Supongamos un emplazamiento con 4,5 HSP promedio anual y un rendimiento global del sistema (módulos + regulador + cableado) del 80 %.

Energía diaria útil por kWp instalado:

• 1 kWp × 4,5 h × 0,8 ≈ 3,6 kWh/día.

Para cubrir 3,1 kWh/día:

• Potencia FV mínima ≈ 3,1 / 3,6 ≈ 0,86 kWp.

En entornos críticos se recomienda:

• Sobredimensionar a 1,2–1,5 kWp por torre.
• Considerar el peor mes (invierno) y no solo el promedio anual.
• Ajustar inclinación y orientación para maximizar producción en el periodo crítico.

Dimensionamiento de baterías y autonomía

La autonomía requerida depende del nivel de criticidad y de la accesibilidad para mantenimiento:

• Infraestructura estándar: 2–3 días de autonomía.
• Infraestructura crítica remota (oleoductos, subestaciones aisladas): 3–7 días.

Para 3 días de autonomía a 3,1 kWh/día:

• Energía total necesaria: 3 × 3,1 = 9,3 kWh.

Con baterías LiFePO4 (ciclos profundos, DoD 80–90 %):

• Capacidad útil = 0,85 × Capacidad nominal.
• Capacidad nominal ≈ 9,3 / 0,85 ≈ 10,9 kWh.

Se recomendaría un banco de 48 V con 10–12 kWh nominales por torre. Para 5–7 días de autonomía, el rango típico es 15–25 kWh.

Topologías de alimentación: DC puro vs AC híbrido

Hay dos enfoques principales:

1. Arquitectura DC pura (48 VDC)

   • Ventajas: menos pérdidas (sin inversor AC), mayor eficiencia global (85–92 %).
   • Inconvenientes: requiere equipos nativos DC o inyectar PoE desde 48 V.
   • Recomendado cuando todo el equipamiento es PoE/DC.

2. Arquitectura híbrida con inversor AC

   • Ventajas: compatibilidad con NVR estándar, switches y accesorios AC.
   • Inconvenientes: pérdidas del inversor (5–15 %), más puntos de fallo.
   • Adecuado cuando se integran cargas AC existentes.

Para nuevas instalaciones en infraestructuras críticas, suele preferirse DC 48 V con PoE para maximizar eficiencia y simplicidad.

Redundancia y resiliencia: diseño para alta disponibilidad

En escenarios off‑grid, la redundancia no es un lujo; es un requisito de diseño. La meta típica es una disponibilidad superior al 99,9 % anual, incluso en condiciones adversas.

Redundancia en generación y almacenamiento (N+1)

Algunas estrategias clave:

• Strings FV redundantes:

  • Dividir el campo FV en al menos dos strings independientes con su propio MPPT.
  • Si un string falla, el sistema mantiene una parte de la producción.

• Baterías en configuración N+1:

  • Dos bancos de baterías paralelos (por ejemplo, 2 × 6 kWh) con protección y desconexión independiente.
  • Posibilidad de aislar un banco defectuoso sin perder el servicio.

• Doble regulador/cargador:

  • Dos controladores MPPT o cargadores DC‑DC redundantes.
  • Capacidad de asumir la carga total si uno de ellos falla.

Redundancia en equipos de red y vídeo

• Doble router WAN:

  • Router principal 4G/5G y secundario satelital o de otro operador.
  • Failover automático con tiempos de conmutación <30 s.

• Topología de red robusta:

  • Switches industriales con soporte para STP/RSTP.
  • VLAN dedicadas para vídeo, gestión y control.

• Redundancia en grabación:

  • NVR local + grabación en tarjeta SD en cámaras críticas.
  • Replicación selectiva de eventos al centro de control.

Gestión térmica y protección física

La resiliencia también depende de la protección física y térmica:

• Gabinetes IP66/IK10 con ventilación forzada o intercambiadores de calor.
• Rango de operación −20 a +60 °C (o superior según clima).
• Protección contra sobretensiones y rayos (SPD en DC y comunicaciones).
• Cableado y conectores resistentes a UV y corrosión (ambientes marinos/industriales).

Estrategias de degradación controlada (graceful degradation)

Cuando la energía disponible cae (baterías por debajo de cierto SOC), el sistema debe degradar su funcionamiento de forma inteligente, en lugar de apagarse abruptamente:

• Reducir bitrate de vídeo (por ejemplo, de 8 Mbps a 2 Mbps por cámara).
• Pasar de grabación continua a grabación por movimiento/eventos.
• Apagar cámaras no críticas manteniendo solo las de puntos clave.
• Desactivar iluminación auxiliar no esencial.

Estas lógicas se implementan en el controlador de energía o en el gateway de borde, integrados con el VMS.

Comunicaciones y gestión remota segura

La gestión remota es el tercer pilar del diseño. Sin visibilidad del estado energético y de los equipos, los responsables de seguridad no pueden anticipar fallos ni optimizar OPEX.

Tecnologías de comunicación típicas

• 4G/5G LTE:

  • Ancho de banda típico: 10–50 Mbps por sitio, latencias 30–80 ms.
  • Adecuado para 4–8 cámaras H.265 a 2–4 Mbps cada una, con priorización.

• Satélite (GEO/LEO):

  • Anchos de banda más limitados y latencias mayores (600+ ms en GEO, 40–60 ms en LEO).
  • Útil como respaldo o para transmisión de eventos y clips, no para streaming continuo de alta calidad.

• Radio punto a punto (5 GHz, 6 GHz, 60 GHz):

  • Ideal para backhaul hacia un nodo con mejor cobertura.
  • Permite consolidar varias torres off‑grid en un solo punto de salida a la red.

Optimización de ancho de banda y vídeo

Para minimizar consumo de datos y energía:

• Compresión H.265/H.265+ en todas las cámaras.
• Bitrate adaptativo entre 1–8 Mbps según escena y criticidad.
• Streams duales: uno de baja resolución para monitorización en tiempo real y otro de alta para grabación local.
• Transmisión al centro solo de eventos críticos o resúmenes (time‑lapse, metadatos analíticos).

Gestión remota y ciberseguridad

La gestión remota debe ser segura y estandarizada:

• Acceso seguro:

  • VPN IPsec u OpenVPN con cifrado fuerte.
  • TLS 1.2+ en interfaces web y APIs.

• Supervisión y telemetría:

  • SNMPv3 o protocolos seguros para monitorizar SOC de baterías, producción FV, temperatura, estado de cámaras y enlaces.
  • Alarmas automáticas por SMS/email/SCADA ante baja energía, fallo de cámara, pérdida de enlace.

• Gestión de firmware y configuración:

  • Actualizaciones OTA (over‑the‑air) programadas.
  • Backups automáticos de configuración en el centro de control.
  • Segmentación de red para aislar vídeo, gestión y servicios críticos.

Integración con SOC y sistemas de seguridad corporativos

Los nodos off‑grid deben integrarse con:

• VMS corporativos (ONVIF, RTSP, API propietarias).
• Plataformas PSIM o SOC centralizados.
• Sistemas de control de acceso y detección de intrusión (para correlación de eventos).

La normalización de eventos (por ejemplo, mediante Syslog o MQTT seguro) facilita la correlación y respuesta coordinada.

Aplicaciones, casos de uso y análisis de ROI

Principales aplicaciones en infraestructuras críticas

• Subestaciones eléctricas y líneas de transmisión remotas.
• Oleoductos, gasoductos y poliductos.
• Plantas solares y eólicas de gran escala.
• Estaciones de bombeo de agua y plantas de tratamiento.
• Puentes, túneles y tramos de autopistas remotas.
• Centros de datos edge y shelters de telecomunicaciones.

En todos estos casos, la conexión a red eléctrica o fibra puede ser inviable o demasiado costosa, haciendo que la solución off‑grid sea la única opción realista.

Componentes de coste CAPEX y OPEX

CAPEX típico por torre (rangos orientativos, sin impuestos):

• Campo FV 1,2–1,5 kWp: 1.500–3.000 €.
• Baterías LiFePO4 10–15 kWh: 4.000–8.000 €.
• Estructuras, gabinete, SPD, cableado: 1.500–3.000 €.
• Cámaras (3–5 unidades), NVR/gateway, switch PoE: 3.000–7.000 €.
• Comunicaciones (4G/5G + antenas, opcional satélite): 1.000–3.000 €.
• Ingeniería e instalación: 2.000–5.000 €.

Total orientativo: 13.000–29.000 € por torre, según especificaciones y entorno.

OPEX anual:

• Datos móviles/satélite: 300–2.000 € según volumen.
• Mantenimiento preventivo: 300–800 €.
• Sustitución de componentes (prorrateada): baterías cada 10–15 años, electrónica cada 8–12 años.

Comparación con soluciones cableadas

En muchos proyectos, tender línea eléctrica y fibra hasta puntos remotos implica:

• Costes de obra civil de 50–200 €/m.
• Tiempos de despliegue de meses.
• Trámites regulatorios complejos.

Para distancias superiores a 500–1.000 m desde la infraestructura existente, la solución off‑grid suele resultar más competitiva en TCO a 10–15 años.

Análisis de ROI simplificado

Ejemplo: alternativa 1 (cableado) vs alternativa 2 (off‑grid):

• Alternativa cableada:

  • CAPEX obra civil + cableado: 80.000 €.
  • OPEX energía y mantenimiento: 1.000 €/año.

• Alternativa off‑grid (4 torres):

  • CAPEX: 4 × 22.000 € = 88.000 €.
  • OPEX: 4 × 1.200 €/año = 4.800 €/año.

Si la alternativa cableada no es viable por permisos o plazos, el ROI se mide en términos de riesgo mitigado:

• Reducción de incidentes de intrusión/robo (por ejemplo, 1–2 incidentes evitados/año, con coste medio de 50.000–200.000 € por incidente).
• Cumplimiento regulatorio y reducción de sanciones potenciales.
• Menor tiempo de indisponibilidad de la infraestructura.

En muchos casos, el coste de un solo incidente grave supera el CAPEX de varias torres off‑grid.

Guía de selección y comparación de soluciones

Criterios clave de selección

• Consumo total y margen de crecimiento (número de cámaras, sensores adicionales).
• Días de autonomía requeridos (3, 5 o 7+ días).
• Condiciones ambientales (temperatura, corrosión, polvo, nieve).
• Requisitos de vídeo (resolución, FPS, retención local, transmisión remota).
• Disponibilidad de redes móviles y/o satélite.
• Integración con sistemas existentes (VMS, SOC, SCADA).

Tabla comparativa de arquitecturas típicas

Característica	Torre básica solar 2 kWh/día	Torre avanzada 3 kWh/día N+1	Nodo maestro con backhaul radio
Consumo diario diseño	≈2 kWh	≈3 kWh	4–6 kWh
Potencia FV instalada	0,8–1,0 kWp	1,2–1,5 kWp	2,5–4 kWp
Capacidad baterías	6–8 kWh	10–15 kWh	20–30 kWh
Autonomía típica	2–3 días	3–5 días	5–7 días
Redundancia FV/batería	No/N	Sí (N+1)	Sí (N+1, multi‑string)
Nº de cámaras recomendadas	2–3	3–6	6–12
Comunicaciones	4G/5G simple	4G/5G + satélite opcional	Radio PTP + 4G/5G/satélite
Uso típico	Puntos aislados de bajo riesgo	Perímetros críticos remotos	Hubs de infraestructuras críticas

Especificaciones mínimas recomendadas

• Módulos FV certificados IEC 61215 / IEC 61730.
• Inversores/reguladores según IEC 62109.
• Interconexión con red (si aplica) conforme a IEEE 1547.
• Baterías LiFePO4 con ≥4.000 ciclos al 80 % DoD.
• Cámaras IP con H.265, ONVIF y rango térmico industrial.
• Gabinetes IP66/IK10 con protección contra vandalismo.

FAQ

Q: ¿Qué es la videovigilancia off‑grid para infraestructuras críticas? A: La videovigilancia off‑grid es un sistema de cámaras, comunicaciones y almacenamiento de vídeo que funciona sin conexión a la red eléctrica convencional. Se alimenta principalmente mediante energía solar y baterías, y utiliza enlaces inalámbricos (4G/5G, radio o satélite) para transmitir datos. En infraestructuras críticas, estos sistemas permiten monitorizar subestaciones, oleoductos o plantas remotas donde tender líneas eléctricas o fibra óptica sería demasiado costoso o inviable por razones técnicas o regulatorias.

Q: ¿Cómo funciona el presupuesto de potencia en un sistema off‑grid? A: El presupuesto de potencia consiste en calcular la energía diaria que consumen todos los equipos (cámaras, NVR, router, iluminación, electrónica) y añadir un margen de seguridad del 20–30 %. A partir de este consumo, se dimensionan el campo fotovoltaico y el banco de baterías para garantizar la autonomía deseada (por ejemplo, 3–5 días). También se consideran las pérdidas en conversión (inversores, reguladores) y la irradiación solar del emplazamiento. Un presupuesto de potencia bien hecho es clave para evitar apagones nocturnos o en días nublados.

Q: ¿Qué beneficios ofrece la videovigilancia off‑grid frente a soluciones cableadas? A: La principal ventaja es la capacidad de desplegar vigilancia en ubicaciones donde no hay red eléctrica ni fibra, sin obras civiles extensas. Esto reduce plazos de implementación de meses a semanas y evita costes de 50–200 €/m en zanjas y tendidos. Además, los sistemas off‑grid bien diseñados ofrecen alta disponibilidad gracias a la redundancia y pueden reubicarse o ampliarse con relativa facilidad. En términos de riesgo, permiten cubrir puntos ciegos que de otro modo quedarían sin protección, reduciendo la probabilidad y el impacto de incidentes de seguridad.

Q: ¿Cuánto cuesta aproximadamente un sistema de vigilancia off‑grid por torre? A: El coste depende del número de cámaras, la autonomía requerida y el tipo de comunicaciones. De forma orientativa, una torre con 3–5 cámaras, 1,2–1,5 kWp de FV y 10–15 kWh de baterías LiFePO4 puede situarse entre 13.000 y 29.000 € de CAPEX, incluyendo ingeniería e instalación. A esto se suman costes operativos anuales de 600–2.000 € por datos móviles/satélite y mantenimiento. Aunque el CAPEX inicial puede parecer elevado, suele ser competitivo frente a la obra civil necesaria para llevar energía y comunicaciones a puntos remotos.

Q: ¿Qué especificaciones técnicas debo considerar al seleccionar equipos? A: Debe evaluar el consumo eléctrico (W), el rango de temperatura de operación (idealmente −20 a +60 °C), el grado de protección IP e IK, y las certificaciones aplicables (IEC 61215/61730 para módulos FV, IEC 62109 para inversores, IEEE 1547 si hay conexión a red). En cámaras, es importante contar con compresión H.265, soporte ONVIF, iluminación IR integrada y opciones de analítica en el borde. En baterías, conviene elegir LiFePO4 con al menos 4.000 ciclos al 80 % de profundidad de descarga y sistemas BMS robustos con monitorización remota.

Q: ¿Cómo se instala e implementa un sistema de videovigilancia off‑grid? A: El proceso comienza con un estudio de sitio para evaluar irradiación solar, cobertura móvil y riesgos físicos. Luego se realiza el diseño eléctrico y estructural, dimensionando FV, baterías y soportes. La instalación incluye el montaje de paneles, gabinetes, cámaras y mástiles, así como el cableado DC/PoE y la configuración de comunicaciones. Finalmente, se integran las cámaras con el VMS o SOC corporativo, se configuran alarmas y se realizan pruebas de carga y autonomía. Es recomendable seguir normativas locales de seguridad eléctrica y estándares internacionales para equipos y conexión a red.

Q: ¿Qué mantenimiento requieren estos sistemas y con qué frecuencia? A: El mantenimiento se centra en tres áreas: limpieza de paneles solares, inspección de baterías y revisión de equipos electrónicos y mecánicos. Normalmente se recomiendan inspecciones trimestrales para verificar conexiones, estructuras y estado visual, y limpieza de módulos cuando la suciedad provoque pérdidas superiores al 5 %. Una vez al año se deben revisar registros de rendimiento, actualizar firmware y comprobar la capacidad efectiva de las baterías. Con un diseño adecuado, las baterías LiFePO4 pueden durar 10–15 años y los módulos FV más de 20–25 años.

Q: ¿Cómo se compara la fiabilidad de un sistema off‑grid con una solución conectada a red? A: Un sistema off‑grid bien dimensionado y con redundancia N+1 puede alcanzar disponibilidades superiores al 99,9 %, comparables o incluso superiores a algunas redes de distribución en zonas remotas. La clave es contar con suficiente autonomía de baterías (3–7 días), sobredimensionamiento del campo FV para los meses críticos y redundancia en equipos clave (baterías, reguladores, comunicaciones). Además, al ser independiente de la red, el sistema no se ve afectado por cortes eléctricos generalizados, lo que es una ventaja en escenarios de crisis o desastres naturales.

Q: ¿Qué retorno de inversión (ROI) puedo esperar de una solución off‑grid? A: El ROI depende del contexto. En muchos casos, el ahorro frente a la obra civil para llevar energía y fibra a puntos remotos ya justifica el proyecto en un horizonte de 5–10 años. Pero el factor más importante es la reducción de riesgos: evitar uno o dos incidentes graves de robo, sabotaje o vandalismo —con costes potenciales de 50.000–200.000 € por evento— puede cubrir el CAPEX de varias torres. Además, el cumplimiento de requisitos regulatorios y de seguros, y la reducción de tiempos de inactividad de la infraestructura, aportan beneficios adicionales difíciles de cuantificar pero muy relevantes.

Q: ¿Qué certificaciones y normas debo exigir en una solución de videovigilancia off‑grid? A: Para los componentes solares, es esencial que los módulos cumplan IEC 61215 e IEC 61730 y que los inversores/reguladores sigan IEC 62109. Si existe conexión a red, la interconexión debe ajustarse a IEEE 1547. En materia de seguridad eléctrica y de producto, es recomendable contar con certificaciones UL o equivalentes según el mercado. En el ámbito de comunicaciones y ciberseguridad, se deben aplicar buenas prácticas como cifrado TLS 1.2+, VPN para acceso remoto y autenticación robusta, alineadas con recomendaciones de organismos internacionales de energía y ciberseguridad industrial.

References

1. NREL (2024): Datos de recurso solar y metodología de cálculo PVWatts para estimación de producción fotovoltaica en sistemas off‑grid.
2. IEC 61215 (2021): Calificación de diseño para módulos fotovoltaicos de silicio cristalino para aplicaciones terrestres.
3. IEEE 1547 (2018): Estándar para la interconexión de recursos de energía distribuida con redes eléctricas.
4. IEA PVPS (2024): Informes sobre tendencias del mercado fotovoltaico global y desempeño de sistemas FV.
5. IEC 62109 (2016): Requisitos de seguridad para convertidores de potencia utilizados en sistemas fotovoltaicos.
6. UL 1741 (2021): Estándar de seguridad para equipos de conversión, control e interconexión de sistemas de energía distribuida.

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