Un remolque de vigilancia solar funcionó durante tres temporadas en un depósito de materiales sin quedarse a oscuras ni una sola vez. Contaba con dos paneles en el techo, un banco de baterías LiFePO4 de 24 V en la caja inferior y cuatro cámaras fijas en el mástil.
Alguien cambió las cuatro cámaras por modelos más nuevos con detección por IA integrada. Mismo fabricante, mismo conmutador PoE, mismos paneles, misma batería.
El remolque se averió al cuarto día.
Nada había fallado. El banco de baterías estaba en buen estado, los paneles estaban limpios y el controlador de carga funcionaba a la perfección. La carga había cambiado de una manera que el cálculo de dimensionamiento original no podía prever.
Esto no es un error de instalación. Es un problema aritmético, y se presenta con la suficiente frecuencia como para que valga la pena analizarlo detenidamente.
Los números que dejaron de funcionar
Si ya ha especificado sistemas de cámaras fuera de la red eléctrica con anterioridad, seguramente tenga a mano algunas cifras.
Una cámara fija de 4 MP con H.265 consume entre 5 y 7 vatios. Si se encienden los iluminadores infrarrojos, el consumo sube a 9 u 11 vatios. Si se añade un pequeño conmutador PoE y un router celular, un remolque con cuatro cámaras consume cerca de 35 vatios durante el día y 50 durante la noche.
Esas cifras se mantuvieron durante una década porque el proceso subyacente no cambió. Una cámara IP tradicional lee un sensor, procesa la imagen mediante un procesador de función fija y envía la señal codificada a la red. Los tres procesos se ejecutan en chips dedicados, diseñados para realizar una única función de forma económica. El consumo de recursos es prácticamente nulo.
Una cámara que realiza detección a bordo ejecuta una carga de trabajo de inferencia neuronal además de todo eso. Tres propiedades de esa carga de trabajo son importantes para el consumo de energía:
Funciona de forma continua. La cámara no espera a que se detecte movimiento para luego analizar la situación. Procesa fotogramas constantemente, ya que así determina si algo es una persona, un vehículo o una bolsa de plástico.
Aumenta la velocidad de fotogramas y la resolución. La detección se degrada a bajas velocidades de fotogramas y los objetos pequeños necesitan píxeles, por lo que una cámara que antes transmitía a 10 fps a 4 MP ahora lo hace a 20 o 30 fps a 8 MP. El sensor, el codificador y el motor de inferencia se escalan conjuntamente.
Su sensor registra lo que sucede en la escena. Un terreno tranquilo a las 3 de la mañana y un terreno ventoso lleno de ramas en movimiento producen valores de potencia diferentes con la misma cámara en el mismo soporte.
En la hoja de datos, todo esto aparece en una sola línea. La cámara pasó de PoE Clase 3 a Clase 4.
Peak no te dice nada útil aquí.
La clase 3 proporciona hasta 12.95 W en el dispositivo alimentado. La clase 4 proporciona hasta 25.5 W. Por lo tanto, el número en la hoja se duplicó, y es tentador duplicar el número en la hoja de cálculo y continuar.
El dimensionamiento solar no se basa en la potencia máxima en vatios, sino en la potencia en vatios-hora por día, y la diferencia entre la potencia máxima y la potencia promedio es distinta para cada tipo de cámara.
Una cámara fija con infrarrojos tiene una relación pico-promedio de alrededor de 1.2. Se mantiene cerca de su promedio casi todo el tiempo.
Una cámara que ejecuta inferencia continua se sitúa más cerca de 1.5 o 2.0, porque el motor de inferencia reduce su rendimiento en función de la actividad de la escena.
Esto hace que la placa de características sea incorrecta en ambos sentidos. Si se toma el tamaño según la clasificación de Clase 4, se sobredimensiona el conjunto. Si se toma el tamaño según el promedio anterior, se subdimensiona el banco. Ninguna de las dos cifras responde a la única pregunta importante: ¿cuántos vatios-hora consume la cámara durante 24 horas en la escena en la que realmente estará ubicada?
La carga se movió hacia la oscuridad.
El diseño de sistemas aislados de la red eléctrica se basa en una premisa cómoda: la generación de energía durante el día cubre la demanda diurna e incluso sobra energía, y la batería solo tiene que abastecer la noche.
Ahora piensa en cuándo la carga de trabajo de detección es mayor.
Los puntos de control de seguridad permanecen tranquilos durante el horario laboral y activos después. Los vehículos llegan a las 2 de la madrugada. El viento, las luces de los coches y los animales activan el clasificador entre la medianoche y las 5 de la mañana. Los iluminadores infrarrojos funcionan a pleno rendimiento durante todo este tiempo.
Así, el período de mayor consumo se sitúa dentro del intervalo sin entrada de datos. El gasto nocturno aumenta más rápido que el diurno, lo que implica una mayor carga por ciclo incluso antes de considerar el mayor total diario. Tras una actualización, una instalación puede presentar una carga nocturna un 30 % superior a la diurna, en un sitio donde antes ambas eran prácticamente iguales.
El clima aumenta la demanda y reduce la oferta al mismo tiempo.
Por eso los tráileres sobreviven en julio y fracasan en noviembre.
La lluvia, la nieve, la niebla y los escombros arrastrados por el viento generan movimiento en la imagen. Un clasificador que observa la nieve caer trabaja mucho más que uno que observa un terreno baldío, por lo que el ciclo de trabajo de inferencia aumenta y, con él, el dibujo también.
Las mismas condiciones climáticas reducen la cosecha a una fracción de la que se obtendría en un cielo despejado.
La oferta y la demanda se mueven en direcciones opuestas, simultáneamente y por la misma razón. Los cálculos de reserva no reflejan esta realidad, ya que consideran la carga como una constante y la generación como una variable. Una vez que la carga se correlaciona con la nubosidad, la fórmula basada en una autonomía de cinco días deja de ser válida.
Ciclos más profundos, plazos bancarios más cortos
Conserva la batería actual y el sistema seguirá funcionando. Simplemente se descarga más profundamente cada día.
LiFePO4 La vida útil del ciclo está estrechamente ligada a la profundidad de descarga, y la penalización por pasar del 30 % al 60 % no es insignificante. Un depósito diseñado para cinco años con ciclos poco profundos puede convertirse en uno de dos o tres años con ciclos más profundos. El remolque sigue funcionando, el cliente está satisfecho y la factura de reemplazo llega años antes de lo previsto.
El mismo tráiler, dos generaciones de cámaras.
Mismo sitio, misma arquitectura de 24 V. Solo cambian las cámaras y el procesamiento. Las siguientes cifras provienen de Coram. Remolque de vigilancia solar Las construcciones son un punto de referencia más que una especificación, ya que cada sitio calcula los precios de manera diferente.
Compilación heredada
| Carga | Día (O) | Noche (O) |
|---|---|---|
| Cámara fija 4x de 4MP, H.265 | 24 (6 de cada uno) | 40 (10 cada uno, infrarrojos activados) |
| Interruptor PoE | 5 | 5 |
| Enrutador celular | 7 | 7 |
| Total | 36 | 52 |
Doce horas de ida y vuelta: 1,056 Wh por día
Construcción de cámara con IA
| Carga | Día (O) | Noche (O) |
|---|---|---|
| Cámara con IA 4x, inferencia integrada | 50 (12.5 cada uno, promedio) | 70 (17.5 cada uno de media, infrarrojos activados) |
| Conmutador PoE + | 8 | 8 |
| Enrutador celular | 7 | 7 |
| Total | 65 | 85 |
Doce horas de ida y vuelta: 1,800 Wh por día
Eso es 1.7 veces, y mueve todo río abajo. Dimensionamiento para cuatro días de autonomía con una profundidad de descarga utilizable del 80%:
| Legado | cámaras de inteligencia artificial | |
|---|---|---|
| Consumo diario | 1,056 Wh | 1,800 Wh |
| Reserva de cuatro días | 4.22 kWh | 7.20 kWh |
| Banco nominal al 80% del Departamento de Defensa | 5.28 kWh | 9.00 kWh |
| Capacidad a 24 V | 220 Ah | 375 Ah |
| Conjunto a 4.5 horas pico de sol, 0.75 de reducción de potencia | 313 W | 533 W |
| Conjunto a 2.5 horas pico de sol, 0.75 de reducción de potencia | 563 W | 960 W |
La última fila es la que da problemas. El conjunto de paneles solares para invierno pasa de dos a cinco, en un chasis remolcable donde ahora hay que tener en cuenta la carga del viento, la altura libre del mástil y el peso sobre la lanza. Además, hay que considerar una caja de baterías con casi el doble de capacidad.
El cambio de cámara fue un trabajo de dos horas. Las consecuencias afectan al chasis.
El número de invierno es el número de diseño
El promedio anual no sirve de nada en este caso. Tu sistema se define por su peor mes.
En la mitad norte de Estados Unidos, eso significa desde finales de noviembre hasta enero, cuando las horas máximas de sol se reducen a 2 o 2.5, el cielo está nublado de forma persistente y los días cortos hacen que los iluminadores infrarrojos se enciendan durante 15 horas en lugar de 12.
Realiza el cálculo para ese mes y luego vuelve a hacerlo añadiendo una semana de nubes. Si superas ambas situaciones, el resto del año se resolverá solo.
La trampa de carga en frío
Cuando baja la temperatura, ocurren dos cosas que se contrarrestan entre sí.
La capacidad útil disminuye. Un banco de LiFePO4 a 0 °C ofrece una capacidad notablemente inferior a su especificación, por lo que cuatro días de reserva se reducen a tres.
Más importante aún, las celdas estándar de LiFePO4 no deben cargarse por debajo del punto de congelación, y una batería correctamente construida BMS Bloqueará la corriente de carga para protegerlos. Esto significa que en una mañana fría y despejada, puede tener todos los paneles solares encendidos, sol brillante y un controlador funcionando, pero sin que se produzca ninguna carga. Este modelo suele engañar a la gente porque todos los indicadores parecen correctos.
Hay dos soluciones. Añadir un calentador, que consume vatios-hora del presupuesto que ya estás ajustando, generalmente entre el 10 y el 15 % del total diario. O bien, especificar celdas diseñadas para carga a baja temperatura, lo que supone un mayor coste inicial y te ahorra el consumo del calentador y el riesgo de un fallo adicional. En una configuración que ya soporta una carga mucho mayor que la anterior, la segunda opción suele resultar más económica a largo plazo.
La tercera opción nadie gasta dinero
Existe una forma de agregar detección sin modificar en absoluto la carga de la cámara: dejar las cámaras de bajo consumo en el mástil y ejecutar la inferencia en un dispositivo posterior.
El acuerdo consiste en una carga fija de 24 horas en lugar de una variable distribuida entre cuatro cámaras. Que esto resulte rentable depende completamente de la carga que genere el aparato.
| Configurar | Diario Wh | Banco a 24V | Conjunto de invierno |
|---|---|---|---|
| Cámaras antiguas, sin detección | 1,056 | 220 Ah | 563 W |
| Cámaras existentes más aparato de 15 W | 1,416 | 295 Ah | 755 W |
| Cámaras existentes más aparato de 25 W | 1,656 | 345 Ah | 883 W |
| Cuatro cámaras con IA | 1,800 | 375 Ah | 960 W |
El punto de equilibrio se sitúa cerca de los 31 W. Un aparato que consuma más en cuatro canales anula por completo la ventaja, por lo que se trata de un cálculo que conviene realizar, no de una suposición. En una configuración de cuatro cámaras, la opción del aparato suele ser más ventajosa. El margen se reduce a medida que aumenta el número de canales.
Cuatro razones para oponerme a ello:
El coste de decodificación aumenta con los canales y la resolución. El dispositivo debe decodificar cada flujo antes de poder visualizarlo, por lo que la ventaja disminuye a medida que crece el sitio. Con ocho o doce cámaras, puede llegar a ser inexistente.
Es un único punto de fallo. Si se pierde una cámara, se pierde una vista. Si se pierde el dispositivo, se pierde la detección en todas partes.
Una cámara antigua no fue diseñada para alimentar un modelo. Menor velocidad de fotogramas, sensor de baja luminosidad menos potente, más artefactos de compresión. La calidad de detección de una cámara de cinco años puede ser peor que la de una diseñada específicamente para ello, y ningún procesamiento posterior puede corregir una transmisión ruidosa de 10 fps.
El aparato necesita espacio libre térmico en una carcasa sellada. A veces, esto implica un ventilador, que consume más vatios y supone una pieza móvil adicional.
No asuma que mover la computadora mueve la energía
La siguiente pregunta lógica es: ¿por qué no enviar todo a la nube y procesarlo allí?
A veces acierta, a menudo no, y la razón es el módem.
Un módem celular inactivo consume muy poca energía. Uno que mantiene una conexión continua consume mucha más, y el consumo aumenta proporcionalmente al esfuerzo que realiza para mantener la conexión. En una ubicación remota con dos barras de señal, la potencia de transmisión por sí sola puede ser tan alta como el consumo del motor de inferencia.
El procesamiento en el borde existe, en parte, para que puedas enviar metadatos y clips cortos en lugar de una transmisión continua. Esto supone un ahorro de ancho de banda y, en el caso de la batería, también suele suponer un ahorro de energía.
Cabe añadir que una antena direccional apuntando a la torre correcta optimiza la potencia, no solo la conectividad. Una mejor señal implica menor potencia de transmisión y, por lo tanto, menor consumo de vatios-hora.
Qué cambiar
Medir, no especificar. Coloca la cámara sobre una fuente de alimentación de laboratorio, apúntala hacia una escena con actividad realista y registra los vatios-hora durante 24 horas completas. Este sencillo paso permite detectar la mayoría de los errores de dimensionamiento.
Cree dos perfiles de carga. Sitio tranquilo y sitio concurrido. El tamaño se muestra en el sitio concurrido. El sitio tranquilo muestra la altura real.
Modela el día y la noche como bloques separados. No calcules el promedio y utiliza la división por horas de tu peor mes.
Diseñe la profundidad de descarga en función de su objetivo de vida útil, No se trata solo de tu objetivo de autonomía. Un banco a cinco años implica ciclos cortos y mayor capacidad.
Configure las zonas de detección para optimizar la potencia, no solo para evitar alertas innecesarias. Ocultar una carretera con mucho tráfico en el borde del encuadre reduce el ciclo de trabajo de inferencia. La mayoría de la gente lo hace para reducir las falsas alarmas y ni siquiera se da cuenta del ahorro de energía. Es la solución más económica y lo primero que hay que comprobar en un sitio web que funciona con saturación.
Utilice MPPT. La diferencia en la cosecha con respecto a PWM se amplía a medida que aumenta la carga y cobra mayor importancia en las condiciones de frío y poca luz que caracterizan su peor mes.
Incluya en su presupuesto, por ejemplo, la radio y el calentador. Ambos productos suelen quedar fuera de las hojas de cálculo, y juntos pueden representar una quinta parte del consumo diario.
Hay dos cosas que no debes hacer. No reutilices el banco de baterías antiguo solo porque el remolque aún funcione, ya que está realizando ciclos de carga y descarga el doble de profundos y fallará prematuramente. Y no añadas paneles en lugar de capacidad: más paneles ayudan en un día soleado, pero no sirven de nada durante un período de cinco días nublados, porque la autonomía es un problema de la batería.
Hoja de trucos
| Pregunta | Respuesta que funciona |
|---|---|
| Suposición inicial para la construcción de una cámara con IA | De 1.5 a 2 veces una construcción equivalente sin IA, luego medir |
| De pico a promedio, cámara fija | Acerca de 1.2 |
| Inferencia continua de pico a promedio | Aproximadamente 1.5 a 2.0 |
| ¿Para qué mes diseñar? | El peor día, además de una semana de cielo nublado. |
| Diseñar el Departamento de Defensa para un banco de cinco años | 50% o menos profundo |
| Subsidio para calefacción en climas fríos | Del 10 al 15% de los vatios-hora diarios |
| Punto de equilibrio de inferencia centralizada, cuatro canales | Consumo de energía del aparato: aproximadamente 31 W |
| Controlador de carga | MPPT |
En pocas palabras
Pasar de cámaras fijas a cámaras con detección integrada parece un simple cambio. En términos de consumo energético, se trata de una carga diferente: mayor en promedio, variable según la actividad de la escena, con mayor peso en las horas sin sol y correlacionada con las condiciones climáticas que reducen la generación de energía.
Un valor inicial razonable sería entre 1.5 y 2 veces el consumo diario de vatios-hora. Luego, realiza las mediciones, ya que el multiplicador de tu cámara en tu escena es el único que importa.
