Actualmente existe un gran número de pasos a nivel en la red convencional española. La principal limitación de estos elementos de protección  es la falta de un suministro eléctrico viable  principalmente por el alto coste que supone alimentar  algunas zonas.  Este documento propone un sistema de suministro  eléctrico por medio  de la energía solar fotovoltaica que permita obtener beneficios tanto económicos  como ambientales.  La solución tendría  un impacto positivo  sobre todo  en zonas  lejanas de los centros de distribución,  donde el suministro tradicional mediante cable es difícil  de  proporcionar, y además respetaría el medio ambiente, ya que no se necesitan conductores para el transporte de energía de la red de distribución pública hasta la instalación del paso a nivel. El sistema propuesto se puede implementar fácilmente y se puede adaptar a cualquier tipología de protección

Loiero, Roberto

Sanz Bobi, Juan de Dios

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

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Aplicación de la energía solar fotovoltaica a los sistemas de 
protección ferroviarios por pasos a nivel 
 
 
Juan de Dios Sanz Bobi. España  
juandedios.sanz@upm.es 
 
Roberto Loiero. España 
citef-rloiero@industriales.upm.es 
 
 
Actualmente existe un gran número de pasos a nivel en la red convencional española. La 
principal limitación de estos elementos de protección  es la falta de un suministro eléctrico 
viable principalmente por el alto coste que supone alimentar algunas zonas. Este 
documento propone un sistema de suministro eléctrico por medio de la energía solar 
fotovoltaica que permita obtener beneficios tanto económicos como ambientales. La 
solución tendría un impacto positivo sobre todo en zonas lejanas de los centros de 
distribución, donde el suministro tradicional mediante cable es difícil de proporcionar, y 
además respetaría el medio ambiente, ya que no se necesitan conductores para el transporte 
de energía de la red de distribución pública hasta la instalación del paso a nivel. El sistema 
propuesto se puede implementar fácilmente y se puede adaptar a cualquier tipología de 
protección.  
 
 
1. Introducción.  
 
La presencia de las instalaciones de paso a nivel para señalización y protección es 
importante y necesaria tanto desde el punto de vista del ferrocarril como para el tráfico de 
vehículos y personas a través de estos. El sistema de señalización está constituido por un 
número de elementos tanto acústicos como luminosos y de barreras, con el fin de evitar 
que personas y vehículos invadan la vía ocupada por un tren. Todo este sistema de 
protección presenta la particularidad de que es una instalación independiente de la del 
control de trenes, y por lo tanto puede ser considerada como una instalación aislada del 
sistema de alimentación ferroviario. Por otro lado, la mayor limitación para los pasos a 
nivel es que su instalación supone una inversión considerable debido a la acometida 
eléctrica desde la red pública, sobre todo en aquellas zonas lejanas a la red de distribución. 
En algunas localizaciones, la instalación de un nuevo paso a nivel puede ser poco rentable 
debido al hecho que el tráfico de trenes y de vehículos o personas es débil. En este caso el 
paso se deja muchas veces sin proteger porque la inversión no se justifica y tiene como 
consecuencia el riesgo de accidentes que en algunas ocasiones puede conllevar la pérdida 
de vidas humanas. Considerando además el nivel creciente de nuevas tecnologías al 
servicio del pasajero y los nuevos sistemas utilizados en el ferrocarril, como la 
climatización, el servicio de información a los viajeros, los sistemas de detección y 
conducción de los trenes, están comenzando a cargar de forma significativa las 
subestaciones haciéndolas trabajar por encima de sus valores nominales, habiendo sido 
estas dimensionadas para cargas menores. Analizados los diferentes aspectos se necesita 
buscar un sistema de alimentación rentable para los sistemas de protección que permita 
solucionar los problemas expuestos. A partir del estudio de la problemática, unido a las 
políticas de eficiencia y ahorro energético trasladas por ADIF al diseño de estas 
instalaciones, se propone el uso de la alimentación fotovoltaica como una medida que, 
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unida a las de un diseño más eficiente en consumo energético, provean a estas 
instalaciones de paso a nivel de un nivel de rentabilidad apropiado sin afectar ni a las 
exigencias de seguridad en la circulación ni a la disponibilidad de las mismas mejorando la 
fiabilidad y el mantenimiento. 
Este trabajo abarca dos aspectos: de un lado se analiza la problemática de los sistemas de 
protección por pasos a nivel y del otro su alimentación por medio de tecnología 
fotovoltaica. Para una correcta planificación el tratamiento de todas las variables en juego 
se realiza por medio de una herramienta informática que permite primero calcular la 
energía necesaria para el funcionamiento de la instalación, y después dimensionar todos los 
elementos del sistema fotovoltaico (paneles, acumuladores, reguladores y protecciones). La 
automatización del proceso permite controlar las dos fases al mismo tiempo de modo 
intuitivo (user friendly), gracias a la interfaz grafica que ayuda al usuario a manejar todos 
los casos posibles y obteniendo al final del proceso una planificación de los elementos que 
se necesiten. 
 
 
2. Modelización del paso a nivel 
 
Se denomina paso a nivel a la intersección de una vía de tránsito por carretera no 
diferenciada en altura con una vía de ferrocarril. 
Según hodierno Reglamento de la Ley de Ordenación de los Transportes Terrestres 
(ROTT) [1] existen cinco clases de protección para los pasos a nivel: 
 
• Clase A. Pasos a nivel sin guardería protegidos exclusivamente por señales fijas. 
• Clase B. Pasos a nivel protegidos por señales luminosas y acústicas. 
• Clase C. Pasos a nivel protegidos por semibarreras, doble semibarreras, o barreras 
automáticas o enclavadas. 
• Clase D. Pasos a nivel protegidos en régimen de consigna. 
• Clase E. Pasos a nivel protegidos por barreras o semibarreras con guardería a pie de 
paso. 
 
Dependiendo de la configuración del paso a nivel que se quiera dimensionar, pueden estar 
presentes diferentes elementos [2] [3] [4] [5] [6]:   
• focos de carretera; 
• generador acústico; 
• barreras o semibarreras; 
• señal peatonal; 
• señales al ferrocarril; 
• circuito de vía ISLA; 
• pedales de aviso; 
• módulo de mando; 
• registrador; 
• modulo de entradas/salidas. 
 
Para poder modelar el funcionamiento de un paso a nivel se necesita definir un método que 
simule las operaciones del modulo de mando; este módulo tiene como tarea controlar y 
supervisar todo el sistema y en general se compone de dos microprocesadores que, 
utilizando las informaciones enviadas por los varios dispositivos de detección instalados a 
lo largo de la instalación, procura activar los elementos de protección[7]. 
   .  
 
 
Con el fin de determinar los tiempos de activación de los diferentes elementos de una 
configuración particular, y consecuentemente las potencias absorbidas por cada 
componente, se analiza una circulación diaria a través de paso a nivel. En este análisis se 
considera que algunos elementos como el modulo de mando, el registrador, los pedales 
electromagnéticos, el circuito de vía ISLA son cargas siempre activadas, mientras que 
todos los otros tienen un estado operativo y uno de reposo; las potencias consumidas a lo 
largo del día de consecuencia varían con respecto a la circulación ferroviaria. 
Como ejemplo se considere un paso a nivel protegido con semibarreras dobles. Los 
tiempos de activación para una serie de configuraciones se pueden ver en la Figura 1.  
 
 
Figura 1.Tiempos de activación de los equipos de una SBA dobles. 
 
 
3. Modelización de la instalación  fotovoltaica 
 
El mejor dimensionamiento para una instalación fotovoltaica aislada es el que permite 
satisfacer los consumos de energía minimizando el número de módulos fotovoltaicos y de 
acumuladores. Además la correcta elección del sistema debe ser realizada para satisfacer 
los requisitos de seguridad de modo que la instalación de protección funcione también en 
las peores situaciones meteorológicas. 
Para  modelar la instalación se evalúan las estadísticas meteorológicas de las 52 provincias 
españolas como la irradiación media diaria, las temperaturas, el número máximo de días 
cubiertos a lo largo del año [8] [9].Considerados estos valores se define un modelo que 
utilice el criterio del mes peor en el cual la relación irradiación solar/potencia consumida es 
la menor[10]. 
El método utilizado se pude resumir en la Figura 2 
 
 
Figura 2. Etapas para la definición de la instalación fotovoltaica 
   .  
 
 
 
4. Herramienta de dimensionamiento 
 
La implementación de los métodos de cálculo se realiza con una herramienta software la 
cual presenta una interfaz gráfica dividida en 4 secciones que se pueden ver en la Figura 3: 
 
• Configuración paso a nivel 
• Cálculo consumo paso a nivel; 
• Cálculo instalación fotovoltaica; 
• Cálculos eléctricos. 
 
 
Figura 3. Máscara principal del software. 
 
En el apartado de configuración del paso a nivel se introducen todos los datos relativos al 
paso a nivel: tipo y estructura, posición de las señales del ferrocarril, velocidades 
permitidas, longitud del paso a nivel, perfiles de entrada y salida (Figura 4). 
 
 
Figura 4. Máscara de configuración del paso a nivel. 
 
Se introducen después los datos de los consumos de los diferentes elementos instalados y 
la circulación diaria a través del paso (Figuras 5 y 6). 
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                  Figura 5 Potencias consumidas.                    Figura 6. Circulación diaria. 
  
El programa, considerando un número de circulaciones diario introducido por el usuario, 
calcula la energía teórica consumida por el paso a nivel durante el día (Figura 7). 
El cálculo del consumo de energía teórica está determinada por el integrante del consumo 
instantáneo de energía eléctrica del sistema. 
 
 
Figura 7. Cálculo de la energía teórica consumida. 
 
Por medio de la sección de la instalación fotovoltaica se calculan las Horas Sol Pico 
teniendo en cuento la ubicación geográfica y eventuales condiciones de sombreado (Figura 
8). 
 
Figura 8. Cálculo Horas Sol Pico. 
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Con la energía teórica total y considerando las Horas Sol Pico se pueden dimensionar todos 
los elementos de la instalación fotovoltaica, como los paneles, los acumuladores y los 
reguladores de carga. Un ejemplo se puede ver en las Figuras 9, 10 y 11. 
 
  
 Figura 9. Cálculo módulos fotovoltaicos.          Figura 10. Cálculo Acumuladores. 
 
 
Figura 11. Cálculo reguladores de carga. 
  
El punto fuerte de la herramienta es la posibilidad de efectuar una simulación de la 
capacidad de acumulación de las baterías y de poder cambiar los elementos de la 
instalación ajustando el sistema según las necesidades. En este modo se puede evaluar si a 
lo largo del año el sistema de acumulación instalado puede garantizar una alimentación 
adecuada también en temporadas de baja irradiación solar. Un ejemplo se puede ver en la 
Figura 12. 
 
  
Figura 12. Ejemplo de simulación de la variación de capacidad. 
 
5. Conclusiones 
 
La Administración de la Infraestructura Ferroviaria en los últimos años se está orientando 
hacia la actuación en planes de ahorro energético, y una herramienta informática de este 
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género presenta una ayuda válida para una disminución de los consumos en el ámbito de 
los pasos a nivel. Además hay que tener en cuenta que en muchos casos la acometida de 
los pasos a nivel, sobre todo en zonas lejanas de los centros urbanos y de las líneas de 
transmisión y distribución de la energía eléctrica, tiene un coste considerable, y la 
aplicación de alimentación mediante energías renovables deviene, más que en una 
alternativa, en una obligación en aras de disminuir el coste de la infraestructura y las 
emisiones de efecto invernadero.  
Considerando todas las especificaciones operativas de los sistemas de protección se puede 
decir que éstas se respetan y que el modelo del cálculo de la energía consumida por la 
instalación durante el día ofrece resultados que pueden ser aceptados, siendo estos muy 
cercanos a los valores generalmente medidos por operadores de diferentes infraestructuras 
ferroviarias. El cálculo de la instalación fotovoltaica se realiza del modo más completo 
posible considerando, además de las condiciones climáticas utilizadas en muchos métodos 
de cálculo, también las perdidas por sombreado, que en alginas situaciones pueden ser 
significativas a la hora de la verificación del rendimiento del sistemas. 
El software desarrollado es una aplicación sencilla de utilizar por cualquier técnico que 
tenga que enfrentarse con el problema del dimensionamiento del suministro de 
alimentación de todos los equipos necesarios para mantener la seguridad tanto en el 
ferrocarril como en la carretera que cruza la vía férrea. La implementación grafica por 
medio de la librería GUI de MATLAB y el uso de programas de modificación de imágenes 
hace más intuitiva la introducción de los datos necesarios para el cálculo. 
 
 
Bibliografia 
 
[1] Reglamento de la Ley de Ordenación de los Transportes Terrestres. Agosto 2001. 
 
[2]Reglamento General de Circulación de RENFE. RENFE 1992. 
 
[3]Especificación Técnica. Homologación y suministro de señales del ferrocarril. RENFE 
Enero 1997. 
 
[4]Especificación Técnica. Homologación y suministro de destelleadores de pasos a nivel. 
RENFE. Enero 2000. 
 
[5]Especificación Técnica. Homologación y suministro de accionamientos eléctricos de 
barreras para pasos a nivel. RENFE. Enero 2000. 
 
[6]Suministro de sistemas detectores de tren por pedales electrónicos para instalaciones de 
seguridad en pasos a nivel. Mantenimiento de infraestructura RENFE. 
 
[7]Suministro del modulo de mando electrónico para pasos a nivel. Mantenimiento de 
infraestructura Renfe . RENFE. Enero 2000. 
 
[8]NASA Atmospheric Science Data Centre  
 
[9]Agencia Estatal de Meteorología 
 
[10]Sistemas Fotovoltaicos. Introducción al diseño y dimensionado de instalaciones de 
energía solar fotovoltaica. Miguel Alonso Abella. Era Solar 2005. 


Aplicación de la Energía solar Fotovoltáica a los Sistemas de Protección Ferroviaria por Pasos a Nivel

Archivo Digital UPM

http://oa.upm.es/8194/2/INVE_MEM_2010_81907.pdf

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