حين كنت في 15 من العمر بدء اهتمامي بالطاقة الشمسية انتقلت أسرتي من فورت لي، نيوجيرسي إلى كاليفورنيا انتقلنا من الثلج إلى الحر وأنابيب الغاز فقد كان الغاز محدودا في 1973 كانت أزمة الطاقة في أوجها
Right when I was 15 was when I first got interested in solar energy. My family had moved from Fort Lee, New Jersey to California, from the snow to lots of heat, and gas lines. There was gas rationing in 1973. The energy crisis was in full bore.
بدئت بقراءة مجلة العلوم الرائجة "Popular Science" وقد تحمست كثيرا للطاقة الشمسية ومحاولة إصلاح أزمة الطاقة كنت قد تعلمت للتو علم المثلثات في المدرسة تعلمت قدرات القطع المكافئ وكيف يمكنه تركيز أشعة الشمس على نقطة محددة وقد أثار ذلك حماسي وقد شعرت أن هناك قدرة على بناء جهاز يمكنه تركيز الضوء
I started reading "Popular Science" magazine, and I got really excited about the potential of solar energy to try and solve that crisis. I had just taken trigonometry in high school, I learned about the parabola and how it could concentrate rays of light to a single focus. That got me very excited. And I really felt that there would be potential to build some kind of thing that could concentrate light.
فأسست شركتي Solar Devices "الأدوات الشمسية" وكنت أبني القطع المكافئ درست الحدادة وأذكر أنني كنت أبني القطاع المكافئ ومحركات سترلنج وكنت أبني أحد المحركات على المخرطة وأتيت مجموعة من عاشقي الدرجات النارية وقالوا "إنك تصنع شيشة، أليس كذلك؟"ـ فقات "لا إنه محرك سترلنج"ـ إلا أنهم لم يصدقوني
So, I started this company called Solar Devices. And this was a company where I built parabolas, I took metal shop, and I remember walking into metal shop building parabolas and Stirling engines. And I was building a Stirling engine over on the lathe, and all the motorcycle guys said, "You're building a bong, aren't you?" And I said, "No, it's a Stirling engine." But they didn't believe me.
بعت مخططات ذلك المحرك والصحن على ظهر مجلة العلوم الرائجة بأربعة دولارات وقد جمعت مبلغا كافيا لدفع مصاريف أو علم جامعي وقد كنت متحمسا جدا لقبولي في كالتك
I sold the plans for this engine and for this dish in the back of "Popular Science" magazine, for four dollars each. And I earned enough money to pay for my first year of Caltech.
إستمر عملي في الشركة خلال عامي الأول ولكن، في العام الثاني بدؤوا برصد الدرجات العام الأول بأكمله كان نجاح/رسوب، ولكن العام الثاني كان بالدرجات ولم أتمكن من الحفاظ على الشركة ما أخذني إلى طريق آخر لمدة 25 عام لقد كان حلمي تحويل الطاقة الشمسية بسعر عملي جدا إلى أنني أخذ هذا الطريق المطول أولا، الدراسة في كالتك
It was a really big excitement for me to get into Caltech. And at my first year at Caltech, I continued the business. But then, in the second year of Caltech, they started grading. The whole first year was pass/fail, but the second year was graded. I wasn't able to keep up with the business, and I ended up with a 25-year detour. My dream had been to convert solar energy at a very practical cost, but then I had this big detour.
ثم، بعد تخرجي من كالتك، ظهر الحاسب الشخصي والذي أدمنت عليه في 1981 وفي عام 1983، ظهر لوتس 123 وقد انبهرت تماما بلوتس 123 وقمت بإدارة إعمالي بـ 123، وكتابة البرامج لـ 123 كتبت واجهة باللغة الطبيعية لـ 123 بدأت شركة للبرامج التعليمية بعد انضمامي إلى لوتس ثم بدأت إيديا لاب لتكون سقفا لبناء عدة شركات على التوالي
First, the coursework at Caltech. Then, when I graduated from Caltech, the IBM PC came out, and I got addicted to the IBM PC in 1981. And then in 1983, Lotus 1-2-3 came out, and I was completely blown away by Lotus 1-2-3. I began operating my business with 1-2-3, began writing add-ins for 1-2-3, wrote a natural language interface to 1-2-3. I started an educational software company after I joined Lotus, and then I started Idealab so I could have a roof
بعد ذلك بفترة -- في 2000، مؤخرا، الأزمة الحديثة للطاقة في كاليفورنيا -- ما كان المفترض أن يكون أزمة كبيرة مقبلة للطاقة وقد كنت أحاول أن أجد طريقة تمكننا من الاستفادة من ذلك ونحاول أن نعطي الناس احتياطي من الطاقة في حال حصول الأزمة وبدئت بالتأمل إلى كيفية بناء بطاريات للطاقة الاحتياطية والتي توفر للمستخدم خمس ساعات، 10 ساعات، أو حتى يوم كامل أو ثلاثة أيام من الطاقة الاحتياطية
under which I could build multiple companies in succession. Much later -- in 2000, very recently -- the new California energy crisis -- what was purported to be a big energy crisis -- was coming. And I was trying to figure out if we could build something that would capitalize on that and get people backup energy, in case the crisis really came. And I started looking at how we could build battery backup systems that could give people five hours, 10 hours, maybe even a full day, or three days' worth of backup power.
أنا مسرورة لأنكم استمعتم في وقت سابق اليوم البطاريات تكاد تكون معدومة التركيز مقارنة بالوقود يمكن تخزين كميات أكبر من الطاقة في الوقود بالمقارنة مع البطاريات إذ أنك تحتاج إلى ملأ المآرب بالكامل فقط للحصول على أربع ساعات من الطاقة الاحتياطية وقد خلصت، بعد البحث في كل التقنيات التي يمكننا استخدامها لتخزين الطاقة -- الحذافات، أنواع مختلفة من البطاريات -- أن تخزين الطاقة لم يكن عمليا
I'm glad you heard earlier today, batteries are unbelievably -- lack density compared to fuel. So much more energy can be stored with fuel than with batteries. You'd have to fill your entire parking space of one garage space just to give yourself four hours of battery backup. And I concluded, after researching every other technology that we could deploy for storing energy -- flywheels, different formulations of batteries -- it just wasn't practical to store energy.
فماذا عن إنتاج الطاقة؟ ربما تمكنا من صنع الطاقة حاولت أن أكتشف،ربما أصبحت الخلايا الشمسية رائجة لقد مضى 25 عام منذ أن عملت في هذا المجال لأعود وأتأمل في ما حدث للخلايا الشمسية لقد هبط السعر من 10 دولارات للواط إلى حوالي أربع إلى خمس دولارات للواط إلا أن السعر قد ثبت ويحتاج السعر للهبوط أكثر ليكون مجديا
So what about making energy? Maybe we could make energy. I tried to figure out -- maybe solar's become attractive. It's been 25 years since I was doing this, let me go back and look at what's been happening with solar cells. And the price had gone down from 10 dollars a watt to about four or five dollars a watt, but it stabilized. And it needed to get much lower to be cost-effective.
درست كل المستجدات في الخلايا الشمسية وكنت أبحث عن طرق للابتكار وجعل الخلايا الشمسية أقل تكلفة هناك العديد من الأمور الجديدة التي تحدث في هذا المجال إلا أن العملية في أساسها تحتاج إلى طاقة هائلة حتى أن البعض يقول أن الطاقة اللازمة لإنتاج الخلايا الشمسية أكبر من الطاقة التي ستنتجها في حياتها نأمل، أننا إذا استطعنا تخفيض كمية الطاقة الأزمة لإنتاج الخلايا ستكون أكثر عملية إلا أننا في الوقت الحالي، نحتاج إلى وضع السيليكون في فرن على درجة حرارة 1600 فهرنهيت لمدة 17 ساعة لصناعة الخلية يعمل الكثير من الناس على أمور مختلفة لمحاولة خفض ذلك ولكنني لا أملك ما أقدمه في ذلك المجال فحاولت أن أجد طرق أخرى يمكننا تجربتها لإنتاج كهرباء شمسية بتكلفة مناسبة
I studied all the new things that had happened in solar cells, and was looking for ways we could make solar cells more inexpensively. A lot of new things are happening to do that, but fundamentally, the process requires a tremendous amount of energy. Some people say it takes more energy to make a solar cell than it will give out in its entire life. If we reduce the amount of energy it takes to make the cells, that will become more practical. But right now, you pretty much have to take silicon, put it in an oven at 1600 F for 17 hours, to make the cells. A lot of people are working to try and reduce that, but I didn't have anything to contribute. So I tried to figure out what other way could we try
فأتتني فكرة -- ما ذا لو أمكننا جمع الشمس بعاكس كبير -- كما كنت أفكر حين كنت في المدرسة فقد نستطيع صنع مجمع أكبر وأرخص باستخدام التقنيات الحديثة تركيزها على محول صغير فلن يكون جهاز التحويل مكلفا لأنه سيكون أصغر بكثير، عوضا عن الخلايا الشمسية والتي تحتاج إلى تغطية كامل السطح الذي تود جمع الأشعة منه يبدو هذا عمليا الآن لأن الكثير من التقنيات قد ظهرت خلال الـ 25 عام منذ أن بحثت الأمر
to make cost-effective solar electricity. What if we collect the sun with a large reflector -- like I had been thinking about in high school, but maybe with modern technology we could make it cheaper -- concentrate it to a small converter, and then the conversion device wouldn't have to be as expensive, because it's much smaller, rather than solar cells, which have to cover the entire surface that you want to gather sun from. This seemed practical now, because a lot of new technologies had come in the 25 years
أولا، توجد العديد من تقنيات التصنيع الجديدة إضافة إلى، محركات مصغرة رخيصة محركات متعددة والتي تستخدم في الطابعات والماسحات الضوئية وغيرها وهذه تطورات مهمة وبالطبع، معالجات غير مكلفة أضف إلى ذلك تطور مهم جدا، الخوارزميات الجينية
since I had last looked at it. There was a lot of new manufacturing techniques, not to mention really cheap miniature motors -- brushless motors, servomotors, stepper motors, that are used in printers and scanners. So, that's a breakthrough. Of course, inexpensive microprocessors
أود أن أتكلم سريعا عن الخوارزميات الجينية إنها طريقة فعالة لحل المعضلات المستعصية باستخدام الانتقاء الطبيعي تبدأ بمعضلة لا يمكن حلها بالطرق الرياضاية الخالصة تبني نظام تطور ليحاول عدة محاولات على التخمين نضيف التزاوج حيث تأخذ نصف أحد الحلول ونصف من آخر ونكون طفرات جديدة وتستخدم الانتقاء الطبيعي لقتل الحلول الضعيفة عادة، مع خوارزم جيني على حاسب اليوم مع معالج بسرعة 3000 جيجاهيرتز يمكنك حل العديد والعديد من المعضلات المستعصية في غضون دقائق حاولنا التوصل إلى طريقة لاستخدام الخوارزميات الجينية لتطوير طريقة جديدة لتركيز الأشعة وسأريكم ما توصلنا إليه
and a very important breakthrough -- genetic algorithms. I'll be very short on genetic algorithms. It's a powerful way of solving intractable problems using natural selection. You take a problem that you can't solve with a pure mathematical answer, you build an evolutionary system to try multiple tries at guessing, you add sex -- where you take half of one solution and half of another and then make new mutations -- and you use natural selection to kill off not-as-good solutions. Usually, with a genetic algorithm on a computer today, with a three gigahertz processor, you can solve many formerly intractable problems in just a matter of minutes. So we tried to come up with a way to use genetic algorithms to create a new type of concentrator.
تقليديا، تبدو المركزات هكذا هذه الأشكال هي قطع مكافئ تأخذ أشعة الشمس المتوازية وتركزها على نقطة واحدة عليها تعقب الشمس، لأنها يجب أن موجهة على الشمس مباشرة وتعمل في حدود درجة واحدة فقط من الخطأ بمعنى أنها لو كانت الشمس مائلة أكير من درجة لن تصيب أي من أشعة الشمس نقطة التركيز فحاولنا التوصل إلى طريقة لصنع مركز لا يحتاج إلى تتبع الشمس مركز يمكنه جمع الضوء بفارق عدة درجات دون أي أجزاء متحركة فصنعنا هذا الخوارزم الجيني لتجربة ذلك صنعنا نموذج لعاكس متعدد الأسطح وتطور أمر مدهش، تطور حرفيا بعد تجربة بليون دورة، بليون محاولة مختلفة مع دالة لحساب الكفاءة لقياس كيفية جمع أكبر قدر من الضوء من أكبر مجال للزوايا، خلال اليوم، من الشمس
And I'll show you what we came up with. Traditionally, concentrators look like this. Those shapes are parabolas. They take all the parallel incoming rays and focus it to a single spot. They have to track the sun, because they have to point directly at the sun. They usually have a one degree acceptance angle -- once they're more than a degree off, none of the sunlight rays will hit the focus. So we tried to come up with a non-tracking collector that would gather much more than one degree of light, with no moving parts. So we created a genetic algorithm to try this out, we made a model in Excel of a multisurface reflector, and an amazing thing evolved, literally, from trying a billion cycles, a billion different attempts, with a fitness function that defined how can you collect the most light, from the most angles, over a day, from the sun.
وهذا هو الشكل الذي تطور إنه هذا المجمع بالست أبواق كل منها تجمع الضوء كالتالي إذا ضربت أشعة الشمس هنا قد تنعكس مباشرة إلى المركز، نقطة التركيز ولكن إذا كانت الشمس مائلة وآتية من الجانب قد تضرب نقطتين وتنعكس مرتين إذا، للأشعة المباشرة تنعكس مرة واحدة وللمائلة قد تنعكس مرتين وللميول الشديد، قد تحتاج إلى ثلاث الكفاءة تتضاءل مع كل انعكاس لأننا نفقد 10% مع كل انعكاس إلا أن هذا سمح لنا بجمع الضوء من زاوية ميل 25 درجة أي ساعتين ونصف تقريبا كل يوم بجهاز ثابت
And this is the shape that evolved. It's this non-tracking collector with these six tuba-like horns, and each of them collect light in the following way -- if the sunlight strikes right here, it might bounce right to the center, the hot spot, directly, but if the sun is off axis and comes from the side, it might hit two places and take two bounces. So for direct light, it takes only one bounce, for off-axis light it might take two, and for extreme off-axis, it might take three. Your efficiency goes down with more bounces, because you lose about 10 percent with each bounce, but this allowed us to collect light from a plus or minus 25-degree angle. So, about two and a half hours of the day
إلا أن الخلايا الشمسية تجمع الضوء لأربع ساعات ونصف يوميا على معدل المتوسط في اليوم ، الخلايا الشمسية لأن الشمس تتحرك عبر السماء فإن أداء الخلايا الشمسية يتغير بدالة جا عند الزوايا القصوى فتجمع في المتوسط أربع ساعات ونصف من ضوء الشمس يوميا فمع أن هذا الحل كان جيدا دون قطع متحركة يمكننا الحصول على درجات حرارة عالية -- إلا أنه لم يكن كافيا كنا بحاجة للتفوق على الخلايا الشمسية فنظرنا إلى فكرة أخرى
we could collect with a stationary component. Solar cells collect light for four and a half hours though. On an average adjusted day, a solar cell -- because the sun's moving across the sky, the solar cell is going down with a sine wave function of performance at the off-axis angles. It collects about four and a half average hours of sunlight a day. So even this, although it was great with no moving parts -- we could achieve high temperatures -- wasn't enough. We needed to beat solar cells.
بحثنا عن طريقة لتقسيم القطع المكافئ إلى بتلات تتعقب فما ترونه هنا هي 12 بتلة منفصلة يتحكم في كل منها معالج مستقل بتكلفة دولار واحد فقط إذ يمكنك شراء معالج 2 ميجاهرتز بدولار ويمكنك شراء محركات صغيرة لا تهلك لأنها ليست لها أسنان، بدولار يمكننا التحكم في جميع هذه البتلات الـ 12 بأقل من 50 دولار وما يمكننا من هذا، هو أنه سمح لنا بعدم تحريك نقطة التركيز ولكن نحرك البتلات فقط النظام بأكمل سيكون أقل هيبة إلا أننا سنتمكن من جمع ضوء الشمس بين ست ساعات ونصف إلى سبع يوميا
So we took a look at another idea. We looked at a way to break up a parabola into individual petals that would track. So what you see here is 12 separate petals that each could be controlled with individual microprocessors that would only cost a dollar. You can buy a two-megahertz microprocessor for a dollar now. And you can buy stepper motors that pretty much never wear out because they have no brushes, for a dollar. So we can control all 12 of these petals for under 50 dollars and what this would allow us to do is not have to move the focus any more, but only move the petals. The whole system would have a much lower profile, but also we could gather sunlight for six and a half to seven hours a day.
والآن بعد أن حصلنا على ضوء الشمس المركز ماذا سنضع في المركز لنحول ضوء الشمس إلى كهرباء؟ فحاولنا المقارنة بين جميع المحركات الحرارية التي استخدمت في التاريخ لنحاول أن نحول ضوء الشمس إلى كهرباء، أو الحرارة إلى كهرباء وأحد أعظم هذه المحركات كان محرك جيمز واط البخاري من عام 1788 والذي كان قفزة نوعية جيمز واط لم يخترع المحرك البخاري، لقد حسنه فقط إلا أن تحسيناته كانت مذهلة أضاف موجهات للحركة على المكبس أضاف مكثفا لتبريد البخار خارج الاسطوانة جعل المحرك يعمل بالاتجاهين فأصبح ينتج ضعف الطاقة كانت هذه تطويرات عظيمة أعني، أن جميع التحسينات التي أضافها وهي تبرر تسمية وحدة قياس الطاقة اليوم سميت على اسمه، الواط فنظرنا إلى هذا المحرك، وفيه أمل كبير المحركات البخارية خطيرة وقد كان لها أثر هائل على العالم كما تعلمون الثورة الصناعية، البواخر والقطارات إلا أنه من الأفضل أن يكون كبيرا فهي ليست جيدة لإنتاج الطاقة متفرقة كما أنها ذات ضغط عالي، فهي خطيرة
Now that we have concentrated sunlight, what are we going to put at the center to convert sunlight to electricity? So we tried to look at all the different heat engines that have been used in history to convert sunlight or heat to electricity, And one of the great ones of all time, James Watt's steam engine of 1788 was a major breakthrough. James Watt didn't actually invent the steam engine, he just refined it. But his refinements were incredible. He added new linear motion guides to the pistons, he added a condenser to cool the steam outside the cylinder, he made the engine double-acting, so it had double the power. Those were major breakthroughs. All of the improvements he made -- and it's justifiable that our measure of energy, the watt, today is named after him. So we looked at this engine, and this had some potential. Steam engines are dangerous, and they had tremendous impact on the world -- industrial revolution and ships and locomotives. But they're usually good to be large, so they're not good for distributed power generation. They're also very high-pressure, so they're dangerous.
نوع آخر من المحركات هو محرك الهواء الحار بالمثل، لم يخترع روبيرت ستيرلنج محرك الهواء الحار إلا أن روبيرت سبيرلنج غي عام 1816 فان بتطويره جذريا هذا المحرك -- لأنه كان مثيرا جدا إذ أنه يعمل فقط لاهواء دون البخار قد أدى إلى المئات من التصاميم المبتكرة على مر السنين والتي تستخدم مبدأ محرك ستيرلنج
Another type of engine is the hot air engine. And the hot air engine also was not invented by Robert Stirling, but Robert Stirling came along in 1816 and radically improved it. This engine, because it was so interesting -- it only worked on air, no steam -- has led to hundreds of creative designs over the years that use the Stirling engine principle.
ولكن بعد محرك ستيرلنج أتى أوتو وهو أيضا لم يخترع محرك الاحتراق الداخلي، لقد حسنه فحسب لقد أظهره في باريس عام 1867 وقد كان إنجازا هائلا لأنه رفع تركيز الطاقة للمحرك فالآن يمكنك الحصول على طاقة أكثر من حجم أصغر وهذا سمح باستخدام المحرك في التطبيقات المتحركة وبعد التوصل إلى الحركة نقوم الآن بصناعة العديد من المحركات لأننا لدينا الكثير من العربات بالمقارنة مع السفن البخارية أو المصانع والتي لا تستهلك الكثير من المحركات لذا كان هذا هو المحرك الذي استفاد من كثرة الإنتاج بينما لم تستفد باقي المحركات فلأنه دخل في الإنتاج الكمي خفضت التكاليف، و 100 عام من التحسين خفضت الانبعاث، والقيمة الإنتاج هائلة صنعت مئات الملايين من محركات الاحتراق الداخلي بالمقارنة إلى آلاف محركات ستيرلنج والقليل جدا من المحركات البخارية الصغيرة فقط محركات عملاقة للعمليات الكبيرة فبعد النظر إلى هؤلاء الثلاثة و47 آخرين خلصنا إلى أن محرك ستيرلنج هو الأفضل لاستخدامنا
But after the Stirling engine, Otto came along, and also, he didn't invent the internal combustion engine, he just refined it. He showed it in Paris in 1867, and it was a major achievement because it brought the power density of the engine way up. You could now get a lot more power in a lot smaller space, and that allowed the engine to be used for mobile applications. So, once you have mobility, you're making a lot of engines because you've got lots of units, as opposed to steam ships or big factories, so this was the engine that ended up benefiting from mass production where all the other engines didn't. So, because it went into mass production, costs were reduced, 100 years of refinement, emissions were reduced, tremendous production value. There have been hundreds of millions of internal combustion engines built, compared to thousands of Stirling engines built. And not nearly as many small steam engines being built anymore, only large ones for big operations. So after looking at these three, and 47 others, we concluded that the Stirling engine would be the best one to use.
أود أن أعطيكم شرح موجز عن نظرتنا للمحرك وكيف يعمل لقد حاولنا النظر على محرك سترلنج بطريقة جديدة لأنه كان عمليا -- فالوزن لم يعد عاملا في تطبيقنا لقد انتشر محرك الاشتعال الداخلي لأن الوزن كان مهما لأنك تتحرك ولكن إذا كنت تحاول إنتاج الطاقة الشمسية في موقع ثابت فالوزن لا يؤثر كثيرا والأمر الآخر الذي اكتشفناه هو أن الكفاءة كذلك ليست مهمة إذا كان مصدر الطاقة مجاني في العادة، الكفاءة أمر مصيري لأن تكلفة الوقود على مدى عمر المحرك أكبلا بكثير من تكلفة المحرك ولكن إذا كان مصدر الوقود مجاني فالأمر الوحيد ذا الأهمية هو تكلفة شراء المحرك لذا فأنت لا تحتاج أن تحسن الكفاءة إنك تود تحسين معامل الطاقة لكل دولار وباستخدام هذه النظرة الجديدة اعتقدنا أنه يمكننا إعادة النظر في محرك ستيرلنج وأيضا باستخدام الخوارزميات الجينية
I want to give you a brief explanation of how we looked at it and how it works. So we tried to look at the Stirling engine in a new way, because it was practical -- weight no longer mattered for our application. The internal combustion engine took off because weight mattered, because you were moving around. But if you're trying to generate solar energy in a static place the weight doesn't matter so much. We also discovered that efficiency doesn't matter so much if your energy source is free. Normally, efficiency is crucial because the fuel cost of your engine over its life dwarfs the cost of the engine. But if your fuel source is free, then the only thing that matters is the up-front capital cost of the engine. So you don't want to optimize for efficiency, you want to optimize for power per dollar. So using that new twist, with the new criteria, we thought we could relook at the Stirling engine,
مبدئيا، روبيرت ستيرلنج لم تكن لديه ما اخترعه جوردن موور ليستخدم معالجات بقوة ثلاثة جيجاهيرتز فأخذنا نفس الخوارزم الجيني الذي استخدمناه من قبل لتصميم المركِّز، الذي لم يكن مناسبا لنا لتطوير محرك ستيرلنج وجعل حجم تصميمه وجميع أبعاده ليعطينا أكبر قدر من الطاقة لكل دولار بغض النظر عن الوزن، بغض النظر عن الحجم للحصول على أعلى نسبة تحول من الطاقة الشمسية، حيث أن الشمس مجانية
and also bring genetic algorithms in. Basically, Robert Stirling didn't have Gordon Moore before him to get us three gigahertz of processor power. So we took the same genetic algorithm that we used earlier to make that concentrator, which didn't work out for us, to optimize the Stirling engine, and make its design sizes and all of its dimensions the exact optimum to get the most power per dollar, irrespective of weight, irrespective of size, just to get the most conversion of solar energy,
وتلك هي العملية التي قمنا بها -- دعوني أريكم كيف يعمل المحرك إن أبسط محرك حراري، أو محرك هواء الحار، على الإطلاق هو هذا -- خذ صندوق، صفيحة حديدية، مع مكبس ضع لهبا تحتها، يتحرك الكبس لأعلى أبعدها عن اللهب واسكب الماء عليه، أو دعه يبرد، يتحرك المكبس للأسفل هذا محرك حراري هذا هو أبسط محرك حراري يمكنك الحصول عليه المشكلة أن كفاءته هي واحد من كل عشرة آلاف لأنك تقوم بتسخين معدن الغرفة كاملة وبعد ذلك تبرد معدن الغرفة كل مرة وتحصل فقط على الطاقة من الهواء الذي يسخن في نفس الوقت ولكنك كل الطاقة التي تسخن وتبرد المعدن فأتى أحدهم لفكرة ذكية عوضا عن تسخين الاسطوانة كاملة وتبريدها كاملة ماذا لو وضعنا مزحف قطعة صغيرة تقوم بدفع الهواء ذهابا وإيابا تحركها صعودا ونزولا بقليل من الطاقة ولكنك الآن تحرك الهواء إلى أسفل إلى الجزء الحار وأعلى إلى الجزء البارد أسفل إلى الجزء الحار وأعلى إلى الجزء البارد فالآن أنت لا تقوم بتسخين وتبريد المعدن فقط تقوم بتسخين وتبريد الهواء وذلك يسمح لك برفع الكفاءة من واحد من عشرة آلاف إلى نحو اثنين في المائة
because the sun is free. And that's the process we took -- let me show you how the engine works. The simplest heat engine, or hot air engine, of all time would be this -- take a box, a steel canister, with a piston. Put a flame under it, the piston moves up. Take it off the flame and pour water on it, or let it cool down, the piston moves down. That's a heat engine. That's the most fundamental heat engine you could have. The problem is the efficiency is one hundredth of one percent, because you're heating all the metal of the chamber and then cooling all the metal of the chamber each time. And you're only getting power from the air that's heating at the same time, but you're wasting energy heating and cooling the metal. So someone came up with a very clever idea. Instead of heating and cooling the whole cylinder, what about if you put a displacer inside -- a little thing that shuttles the air back and forth. You move that up and down with a little bit of energy but now you're only shifting the air down to the hot end and up to the cold end. So, now you're not alternately heating and cooling the metal, just the air. That allows you to get the efficiency up from a hundredth of a percent to about two percent.
ثم أتى روبيرت ستيرلنج بهذه الفكرة العبقرية وهي، أنني لا أقوم بإعادة تسخين المعدن الآن بهذا النوع من المحركات، إلا أنني أقوم بإعادة تسخين الهواء لازلت أقوم بتسخين الهواء وتريده في كل مرة ماذا لو أنني وضعت إسفنجه حرارية في المنتصف في الطريق بين منطقتي الهواء الحار والبارد فصنع أسلاك دقيقة، وزجاج متكسر والعديد من المواد المختلقة لتكون الإسفنجه الحرارية فحين يتحرك الهواء إلى أعلى من الحار إلى البارد تترك جزء من الحرارة في الإسفنجه قم حين يعود الهواء بعد تبريده تأخذ تلك الحرارة من جديد فتقوم بإعادة استخدام الطاقة خمس أو ست مرات وهذا يرفع الكفاءة إلى 30 أو 40 في المائة إنه اختراع عبقري لروبرت ستيرلنج الذي يأخذ المحرك الحراري من غير عملي نوعا ما كما اكتشفت حين قمت بصنع النسخة البسيطة جدا في المدرسة إلى ممكن جدا بعد رفع الكفاءة، إذا تمكنت من خفض تكلفته كفاية
And then Robert Stirling came along with this genius idea, which was, well, I'm still not heating the metal now, with this kind of engine, but I'm still reheating all the air. I'm still heating the air every time and cooling the air every time. What about if I put a thermal sponge in the middle, in the passageway between where the air has to move between hot and cold? So he made fine wires, and cracked glass, and all different kinds of materials to be a heat sponge. So when the air pushes up to go from the hot end to the cold end, it puts some heat into the sponge. And then when the air comes back after it's been cooled, it picks up that heat again. So you're reusing your energy five or six times, and that brings the efficiency up to between 30 and 40 percent. It's a little known, but brilliant, genius invention of Robert Stirling that takes the hot air engine from being somewhat impractical -- like I found out when I made the real simple version in high school -- to very potentially possible, once you get the efficiency up,
فأخذنا في الواقع طريق لمحاولة خفض التكلفة لأقل حد ممكن بنينا نموذج رياضي ضخم عن كيفية عمل محرك ستيرلنج فعّلنا الخوارزم الجيني وحصلنا على نتائج ذلك لأفضل محرك قمنا ببناء المحركات -- فقد بنينا 100 محرك مختلف خلال العامين الماضيين قمنا بقياس كل منها، وعدلنا النموذج بناءا على قياساتنا وتوصلنا من ذلك إلى النموذج الحالي توصلنا إلى محرك صغير جدا وغير مكلف وهذا هو شكل المحرك دعوني أريكم كيف يبدو في الحقيقة فهذا هو المحرك إنه مجرد اسطوانة صغيرة هنا بالأسفل والتي تحوي المولد وجميع الوصلات بداخلها وهو الغطاء الحار -- الإسطوانة الحارة في الأعلى -- هذا الجزء يسخن، هذا الجزء يبرد وتخرج الكهرباء والعكس تماما أيضا صحيح إذا أدخلنا الكهرباء، سيسخن هذا ويبرد هذا وتحصل على التبريد فهي تعمل بالاتجاهين عملية فعالة جدا، وسهلة جدا للصنع
if you can design this to be low enough cost. So we really set out on a path to try and make the lowest cost possible. We built a huge mathematical model of how a Stirling engine works. We applied the genetic algorithm. We got the results from that for the optimal engine. We built engines -- so we built 100 different engines over the last two years. We measured each one, we readjusted the model to what we measured, and then we led that to the current prototype. It led to a very compact, inexpensive engine, and this is what the engine looks like. Let me show you what it looks like in real life. So this is the engine. It's just a small cylinder down here, which holds the generator inside and all the linkage, and it's the hot cap -- the hot cylinder on the top -- this part gets hot, this part is cool, and electricity comes out. The exact converse is also true. If you put electricity in, this will get hot and this will get cold, you get refrigeration. So it's a complete reversible cycle, a very efficient cycle, and quite a simple thing to make.
والآن نضع الجزئين معا فلدينا المحرك الآن ماذا لو أننا جمعنا البتلات والمحرك في المنتصف البتلات تتتبع والمحرك يحصل على ضوء الشمس المركز يأخذ تلك الحرارة ويحولها إلى كهرباء وهذا هو شكل نموذجنا الأول بالبتلات والمحرك في المنتصف هنا يعمل خارجا في الشمس والآن أود أن أريكم شكله الفعلي (تصفيق) شكرا
So now you put the two things together. So you have the engine. What if you combine the petals and the engine in the center? The petals track and the engine gets the concentrated sunlight, takes that heat and turns it into electricity. This is what the first prototype of our system looked like with the petals and the engine in the center. This is being run out in the sun, and now I want to show you what the actual thing looks like. (Applause) Thank you.
فهذا جهاز بـ 12 بتلة تكلفة البتلة دولار تقريبا خفيف الوزن، بلاستك مضغوط، مغطى بالألمونيوم جهاز التحكم بكل بتلة بالأسفل هناك مع معالج لكل واحدة توجد حساسات حرارية صغيرة على المحرك والتي تستشعر الحرارة حين تضربها أشعة الشمس كل بتلة تعدل نفسها لتبقي درجة الحرارة أعلى ما يمكن حين تطلع الشمس في الصباح، يتتبع البتلات الشمس تجدها بالبحث عن أعلى حرارة خلال دقيقة ونصف أو دقيقتين من تعرض الغطاء للأشعة يكون المحرك دافئا بما فيه الكفاية ليعمل ومن ثم ينتج المحرك الكهرباء لست ساعات ونصف يوميا تقريبا ست ساعات ونصف سبع ساعات بينما تعبر الشمس في السماء
So this is a unit with the 12 petals. These petals cost about a dollar each -- they're lightweight, injection-molded plastic, aluminized. The mechanism to control each petal is below there, with a microprocessor on each one. There are thermocouples on the engine -- little sensors that detect the heat when the sunlight strikes them. Each petal adjusts itself separately to keep the highest temperature on it. When the sun comes out in the morning, the petals will seek the sun, find it by searching for the highest temperature. About a minute and a half or two minutes after the rays are striking the hot cap the engine will be warm enough to start and then the engine will generate electricity for about six and a half hours a day --
من الأمور التي يمكننا استغلالها هو أننا لدينا هذه المعالجات الرخيصة وكل واحدة من هذه البتلات مستقلة وكل بتلة تكتشف موقع الشمس دون أي تدخل بشري لذا فأنت لا تحتاج أن تبرمج خطوط العرض أو الطول لا تحتج أن تبرمج زاوية ميل سقفك لا تحتاج أن تبرمج الوجهة في الحقيقة إنها لا تهتم بذلك فما تفعله هو أنها تبحث عن أعلى حرارة تبحث مجددا بعد نصف ساعة، تبحث مجددا بعد يوم تبحث مجددا بعد شهر إنها تكتشف موقعك على الأرض بمتابعة حركة الشمس فأنت في الواقع لا تحتاج إلى إدخال أي من تلك المعلومات
six and a half to seven hours as the sun moves across the sky. A critical part that we can take advantage of is that we have these inexpensive microprocessors and each of these petals is autonomous, and each of these petals figures out where the sun is with no user setup. So you don't have to tell what latitude, longitude you're at, what your roof slope angle is, or what orientation. It doesn't really care. What it does is it searches to find the hottest spot, it searches again a half an hour later, a day later, a month later. It basically figures out where on Earth you are by watching the direction the sun moves, so you don't have to actually enter anything about that.
فالطريقة التي يعمل بها الجهاز، حين تطلع الشمس يبدأ المحرك وتحصل على الطاقة لدينا كهرباء مترددة وثابتة 12 فولت والتي يمكن استخدامها في بعض الأمور ولدينا محول هنا لتحصل على 117 فولت ترددي كما أنك تحصل على الماء الساخن الماء الساخن اختياري لست ملزما باستخدام الماء الساخن، إذ أنه سيبرد وحده ولكن يمكنك استخدامه لتسخين الماء وهذا يرفع الكفاءة أكثر لأن بعض الحرارة التي لا يستخدمها المحرك تستخدم الآن كطاقة مفيدة، سواء لمسبح أو ماء ساخن
The way the unit works is, when the sun comes out, the engine will start and you get power out here. We have AC and DC, get 12 volts DC, so that could be used for certain applications. We have an inverter in there, so you get 117 volts AC. And you also get hot water. The hot water's optional. You don't have to use it, it will cool itself. But you can use it to optionally heat hot water and that brings the efficiency up even higher because some of the heat that you'd normally be rejecting, you can now use as useful energy, whether it's for a pool or hot water.
دعوني أريكم مقطع سريع عن ما يبدو هذا عليه وهو يعمل هذه أول تجربة حيث أخرجناه وقامت كل بتلة بالتتبع منفردة وما تقوم به هو التحرك، بخشونة في بادئ الأمر وبدقة عالية بعد ذلك بمجرد حصولها على قراءة لدرجة الحرارة دلالة على أنها وجدت الشمس تقوم بالإبطاء للبحث بدقة بعد وصول جميع البتلات إلى الوضع المناسب، يعد ذلك يعمل المحرك
Let me show you a quick movie of what this looks like running. This is the first test where we took it outside and each of the petals were individually seeking. And what they do is step, very coarsely at first, and very finely afterward. Once they get a temperature reading on the thermocouple indicating they found the sun, they slow down and do a fine search.
إذا، فقد عملنا على هذا في عامين الماضيين ونحن متحمسين جدا من التقدم، إلا أنن الطريق أمامنا لا يزال طويلا ودعون أحكي لكم يعض الشيء عن ذلك هذا هو تصورنا عن مظهره على منزل فالأغلب ستكون لديك أكثر من وحدة على السطح يمكن أن تكون على السطح أو الحديقة أو مكان آخر لا تحتاج إلى وجدات لإمداد المنزل بأكمله بالطاقة فأنت توفر المال مع كل وحدة تضيفها فأنت لازلت تستخدم الشبكة، في هذا النوع من الاستخدام لتكون مصدرك الاحتياطي -- بالطبع لا يمكنك استخدامها في الليل ولا يمكنك استخدامها في الأيام المغيمة
Then the petals will move into position, and the engine will start. We've been working on this for the last two years. We're very excited about the progress, we have a long way to go though. This is how we envision it would be in a residential installation: you'd probably have more than one unit on your roof. It could be on your roof, your backyard, or somewhere else. You don't have to have enough units to power your entire house, you just save money with each incremental one you add. So you're still using the grid potentially, in this type of application, to be your backup supply -- of course, you can't use these at night, and you can't use these on cloudy days.
ولاكن بتخفيف استخدامك للطاقة، تقريبا في وقت الذروة عادة حين يعمل التكيف، أو أوقات أخرى مماثلة فهذا ينتج الطاقة القصوى في أوقات الذروة فهي مكملة جدا من هذا المنطق هذا هو تصورنا للتطبيق المنزلي
But by reducing your energy use, pretty much at the peak times -- usually when you have your air conditioning on, or other times like that -- this generates the peak power at the peak usage time, so it's very complementary in that sense.
كما نعتقد أن هناك مستقبل باهر لمزارع الطاقة خصوصا في المناطق النائية والشمس الطويلة فهي خليط جيد لهاذين العاملين وقد اتضح لنا أن طاقة هائلة تصل لجميع أنحاء العالم تقريبا من الشمس ولكن في بعض الأماكن حيث يعتبر وضع هذه الوحدات غير مكلف وأيضا في أماكن كثيرة حيث توجد طاقة الرياح
This is how we would envision a residential application. We also think there's very big potential for energy farms, especially in remote land where there happens to be a lot of sun. It's a really good combination of those two factors. It turns out there's a lot of powerful sun all around the world, obviously, but in special places where it happens to be relatively inexpensive to place these
فكمثال على ذلك، هذه خارطة الولايات المتحدة تقريبا في كل الأماكن غير الأخضر والأزرق تعتبر مكان مثالي ولكن حتى الأخضر والأزرق جيدة ولكن ليست كالأحمر، البرتقالي أو الأصفر ولاكن المنطقة الساخنة تقع حول لاس فيجاس وديث فالي وتلك المنطقة جيدة، جيدة جدا
and also in many more places where there is high wind power. So an example of that is, here's the map of the United States. Pretty much everywhere that's not green or blue is a really ideal place, but even the green or blue areas are good, just not as good as the places that are red, orange and yellow. But the hot spot right around Las Vegas and Death Valley is very good.
وكل ما يفعله هذا هو التأثير على فترة السداد إنها لا تعني أنك لن تستطيع استخدام الطاقة الشمسية إذ يمكنك استخدام الطاقة الشمسية في أي بقعة على سطح الأرض إنها فقط تأثر على فترة المردود إذا منت تقارنها بتكلفة كهرباء الشبكة ولكن إذا لم تكن لديك تغذية كهربائية من الشبكة تكون مسألة المردود مختلفة تماما إنها مجرد كم واط ستنتج لكل دولار وكيف ستستفيد من تلك الطاقة لتغير حياتك بطريقة ما
And is only affects the payback period, it doesn't mean that you couldn't use solar energy; you could use it anywhere on Earth. It just affects the payback period if you're comparing to grid-supplied electricity. But if you don't have grid-supplied electricity, then the question of payback is a different one entirely. It's just how many watts do you get per dollar, and how could you benefit from that to change your life in some way.
هذه خارطة الولايات المتحدة هذه خارطة الكرة الأرضية مجددا يمكنكم رؤية الرقعة العظيمة في المنتصف تقريبا في كل أماكن الكثافة السكانية توجد فرض عظيمة للطاقة الشمسية وبالطبع، انظروا إلى أفريقيا فالإمكانات المتاحة للاستفادة من الطاقة الشمسية هناك غير عادية وأنا متحمس جدا للتحدث عن إيجاد طرق لنساعد في هذا الجانب
This is the map of the whole Earth, and you can see a huge swathe in the middle where a large part of the population is, there's tremendous chances for solar energy. And of course, look at Africa. The potential to take advantage of solar energy there is unbelievable, and I'm really excited to talk more about finding ways we can help with that.
إذا، ختاما أود أن أقول رحلتي علمتني أنك تستطيع زيارة الأفكار القديم بمعطيات جديدة وأحياننا نجد أن الأفكار التي نبذت سابقا يمكن أن تكون عملية إذا أضفنا إليها تقنية جديدة أو نظرة مختلفة نحن نؤمن أننا أصبحنا قريبين جدا من حل عملي ورخيص هدفنا قصير المدى هو أن نكون ينصف سعر الخلايا الشمسية هدفنا بعيد المدى هو أن يكون المردود في أقل من خمس سنوات وبمردود في أقل من خمس سنوات، فجأة يصبح هذا اقتصاديا جدا
So, in conclusion, I would say my journey has shown me that you can revisit old ideas in a new light, and sometimes ideas that have been discarded in the past can be practical now if you apply some new technology or new twists. We believe we're getting very close to something practical and affordable. Our short-term goal for this is to be half the price of solar cells and our longer-term goal is to be less than a five-year payback. And at less than a five-year payback, this becomes very economic.
فلن يكون الهدف فقط أن نشعر بالراحة تجاه الطاقة بالرغبة في الحصول على أحد هذه الأجهزة بل أنها عملية اقتصاديا الآن، المردود من الطاقة الشمسية 30 إلى 50 عام إذا نزل ذالك إلى خمس أعوام تصبح مسألة منطقية لأن تكلفة امتلاكها -- سيمولك عليها شخص آخر ويمكنك التحصيل من اليوم الأول فهذا هو هدفنا القوي الذي نؤمل إليه في الشركة
So you don't have to just have a feel-good attitude about energy to want to have one of these. It just makes economic sense. Right now, solar paybacks are between 30 and 50 years. If you get it down below five years, then it's almost a no-brainer because the interest to own it -- someone else will finance it for you and you can just make money from day one. So that's our real powerful goal
أمرين آخرين تعلمتهما وقد فاجئاني الأول هو مدى عفويتنا نحو الطاقة لقد مشيت من المصعد إلى هنا وبالنظر إلى المسرح الآن إذ يبدو أن هناك 20500 واط من الإضاءة الآن فهناك 10000 واط من الإضاءة تصب على المسرح الحصان 756 واط إذا نحتاج إلى 15 حصان يركضون بأقصى سرعة فقط لإبقاء إضاءة المسرح هذا غير الـ 200 حصان الذين يركضون الآن لتشغيل التكييف وهو مذهل تماما، الدخول في المصعد والإضاءة في داخله
that we're really shooting for in the company. Two other things that I learned that were very surprising to me -- one was how casual we are about energy. I was walking from the elevator over here, and even just looking at the stage right now -- so there's probably 20,500-watt lights right now. There's 10,000 watts of light pouring on the stage, one horsepower is 746 watts, at full power. So there's basically 15 horses running at full speed just to keep the stage lit. Not to mention the 200 horses that are probably running right now to keep the air-conditioning going. And it's just amazing,
طبعا الآن، أنا حساس جدا في المنزل إذا تركنا إضاءة بالخطأ ولكن في كل مكان من حولنا يوجد نهم في استخدام الطاقة لأنها رخيصة جدا وهي رخيصة لأننا مدعومين بالطاقة التي ركزن من الشمس فالبترول هو مركز للطاقة الشمسية لقد دكت لملايين السنين بكم هائل من الطاقة لتخزين كل تلك الطاقة فيها ونحن لا نملك الحق على استهلاكها بهذه السرعة، على ما أظن ومن العظيم لو تمكنا من صناعتها بنفس السرعة فبينما نستهلك الطاقة، نصنع الطاقة بنفس السرعة وأتمنى فعلا أن نصل إلى ذلك
walk in the elevator, and there's lights on in the elevator. Of course, now I'm very sensitive at home when we leave the lights on by mistake. But, everywhere around us we have insatiable use for energy because it's so cheap. And it's cheap because we've been subsidized by energy that's been concentrated by the sun. Basically, oil is solar-energy concentrate. It's been pounded for a billion years with a lot of energy to make it have all that energy contained in it. And we don't have a birthright to just use that up as fast as we are, I think. And it would be great if we could make our energy usage renewable, where as we're using the energy, we're creating it at the same pace,
شكرا جزيلا، لقد كنتم جمهورا رائعا (تصفيق)
and I really hope we can get there. Thank you very much, you've been a great audience.