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.
Fue cuando tenía 15 años que me interesó por primera vez la energía solar. Mi familia se había mudado de Fort Lee, New Jersey a California, y nos mudamos de la nieve a mucho calor, y tuberías de gas. Hubo racionamiento de gas en 1973. La crisis energética estaba en pleno apogeo.
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. 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.
Comencé a leer la revista Popular Science, y me motivó mucho el potencial de la energía solar para intentar resolver la crisis. Acababa de cursar trigonometría en la secundaria, Aprendí acerca de la parábola y cómo ella puede concentrar rayos de luz en un solo foco. Eso me emocionó mucho. Y de verdad sentí que habría potencial para construir alguna cosa que pudiera concentrar luz. Entonces, inicié la compañía llamada Solar Devices. Era una compañía donde construía parábolas, llevé curso de taller mecánico, y recuerdo empezar taller mecánico construyendo parábolas y motores Stirling. Y estaba construyendo un motor Stirling en el torno, y todos los ciclista-- motociclistas -- se acercaron y dijeron "Estás construyendo un BONG, ¿verdad?" Y dije "No, es un motor Stirling. Eso es." Pero no me creyeron.
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. 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. 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.
Vendí los planos de este motor y de este plato en el reverso de la revista Popular Science, por cuatro dólares cada uno. Y gané suficiente dinero para pagar mi primer año en Caltech. Fue una gran emoción para mí entrar a Caltech. Y en mi primer año en Caltech, continué con el negocio. Pero después, en el segundo año de Caltech, empezaron a asignar calificaciones. Todo el primer año fue aprobado/reprobado, pero el segundo año fue con calificaciones. No pude seguir con el negocio, y terminé con un desvío de 25 años. Mi sueño había sido el de convertir energía solar a un costo muy práctico, pero entonces tuve este gran desvío. Primero, la carga académica en Caltech. Después, cuando me gradué de Caltech, salió la PC de IBM, y me volví adicto a la IBM PC en 1981. Y después en 1983, salió Lotus 1-2-3,
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 under which I could build multiple companies in succession.
y Lotus 1-2-3 me dejó sin palabras. Empecé a operar mi negocio con 1-2-3, empecé a escribir add-ins (adiciones) para 1-2-3, escribí una interface de lenguaje natural para 1-2-3. Empecé una compañía de software educacional después de unirme a Lotus. Y después empecé Idealab, para tener un lugar donde pudiera establecer múltiples compañías una tras otra. Mucho después -- en 2000, recientemente, la nueva crisis energética de California -
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. 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. So what about making energy? Maybe we could make energy.
o lo que aparentaba ser una gran crisis energética -- estaba por venir. Y yo trataba de encontrar una manera en que pudieramos construir algo que pudiera sacar provecho de ello y tratar de hacer que la gente respaldara energía, en caso de que la crisis en verdad sucediera. Y empecé a ver cómo podíamos construir sistemas de respaldo por batería que le proporcionaran a la gente cinco horas, diez horas, quizás hasta un día entero, o tres días de energía de respaldo. Me alegra que hayan escuchado más temprano, las baterías son una energía increible -- adolecen de densidad comparadas con la gasolina. Así que mucha más energía se puede almacenar con gasolina que con baterías. Tendrías que llenar todo el espacio de una cochera sólo para tener cuatro horas de respaldo de energía. Y conluí, luego de investigar todas las demás tecnologías que se podían encontrar para guardar energía -- volantes de inercia, diferentes conceptualizaciones de baterías -- simplemente no era práctico almacenar energía. ¿Y si hacemos energía?
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. 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.
Tal vez podríamos hacer energía. Intenté descifrarlo -- tal vez la energía solar se ha hecho atractiva. Han transcurrido 25 años desde que hacía esto, regresaré y veré qué ha estado pasando con las celdas solares. Y el precio había bajado de 10 dólares por watt a unos cuatro o cinco dólares por watt, pero se estabilizó. Y de verdad debía bajar más que eso para que fuera rentable. Estudié todo lo nuevo que había sucedido con las celdas solares y trataba de ver cómo se podía innovar y hacer celdas solares económicamente. Hay muchas cosas que están sucediendo para hacer eso, pero fundamentalmente el proceso requiere una tremenda cantidad de energía. Alguna gente dice que se requiere más energía para fabricar una celda solar que la que dará en toda su vida. Con suerte, si podemos reducir la cantidad de energía necesaria para fabricar las celdas, eso será más práctico.
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 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.
Pero, por ahora, se tiene que tomar silicio, meterlo en un horno a 1600 grados Fahrenheit (871°C) por 17 horas, para fabricar las celdas. Mucha gente está trabajando en tratar de reducirlo, pero yo no tenía nada para contribuir en esa área. Así que intenté descifrar qué podíamos intentar para hacer rentable la electricidad solar. Así que se me ocurrió una idea -- qué pasaría si recolectamos el sol con un gran reflector -- como había pensado hace mucho, cuando aún estaba en la secundaria -- pero tal vez con tecnología moderna podríamos hacer un colector grande, más económico concentrarlo en un pequeño convertidor, y así el dispositivo de conversión no tendría que ser tan caro, porque es mucho más pequeño, comparado con las celdas solares, las cuales tienen que cubrir toda la superficie de la cual se quiere recolectar el sol. Esto parecía práctico,
This seemed practical now, because a lot of new technologies had come in the 25 years 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 and a very important breakthrough -- genetic algorithms.
ya que muchas tecnologías nuevas habían aparecido en los 25 años desde la última vez que lo vi. Primero, habían muchas nuevas técnicas de manufactura, sin mencionar, motores miniatura muy económicos -- motores eléctricos sin escobillas, servomotores, motores de pasos, que son utilizados en impresores, escáneres y cosas por el estilo. Eso es un gran adelanto. Desde luego, microprocesadores económicos y luego un avance muy importante -- los algoritmos genéticos. Seré muy breve con los algoritmos genéticos.
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.
Es una manera muy poderosa de resolver problemas intratables utilizando selección natural. Tomas un problema que no puedes resolver con una respuesta puramente matemática, construyes un sistema evolutivo para tratar múltiples conjeturas, agregas sexo -- donde tomas la mitad de una solución, la mitad de otra y después haces nuevas mutaciones -- y utilizas selección natural para descartar soluciones no tan buenas. Usualmente, con un algoritmo genético en una computadora ahora,
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. And I'll show you what we came up with.
con un procesador de tres gigahertz puedes resolver muchos problemas que antes eran intratables en cuestión de minutos. Intentamos encontrar una manera de usar algoritmos genéticos para craer un nuevo tipo de concentrador. Y les enseñaré lo que se nos ocurrió. Tradicionalmente, los concentradores se ven algo así.
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.
Esas formas son parábolas. Toman todos los rayos paralelos entrantes y los enfocan en un solo punto. Deben seguir al sol, porque deben estar apuntando directamente al sol. Usualmente tienen un ángulo de aceptación de un grado, lo que quiere decir que una vez que estén a más de un grado de desalineamiento, ninguno de los rayos del sol alcanzarán el foco. Así que tratamos de encontrar una manera de hacer un colector no rastreador, un colector que recolectara mucho más que un grado de luz, sin partes móviles Así que creamos un algoritmo genético para intentarlo, hicimos un modelo en Excel de un reflector de superficies múltiples, y algo asombroso se desarrolló, literalmente, de probar un billón de ciclos, un billón de intentos diferentes, con una función de desempeño que definía cómo se puede recolectar la mayor cantidad de luz, desde la mayoría de ángulos, a lo largo del día, del sol.
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 we could collect with a stationary component.
Y esta es la forma que se desarrolló. Es un colector no rastreador con seis cuernos con forma de tuba, y cada uno de ellos recolecta luz de la siguiente manera -- si la luz del sol cae aquí, podría rebotar justo hacia el centro, el punto caliente, directamente, pero si el sol está fuera del eje y viene del lado, podría pegar en dos lugares y sufrir dos rebotes. Así que para luz directa, toma sólo un rebote, para luz desalineada del eje puede tomar dos, y cuando está demasiado desalineada, puede tomar tres. La eficiencia disminuye con los rebotes adicionales, pues se pierde cerca del 10 por ciento con cada rebote. Pero esto nos permitió recolectar luz desde un ángulo de mas o menos 25 grados. Entonces, alrededor de dos horas y media del día podíamos recolectar con un componente estacionario. Sin embargo, las celdas solares captan luz durante cuatro horas y media.
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.
En un día promedio, una celda solar -- debido al movimiento del sol a través del cielo, la celda solar decae con una función sinusoidal de rendimiento en los ángulos fuera de eje. Capta cerca de cuatro horas y media de luz solar durante el día. Por tanto, aunque era maravilloso sin partes que se movieran -- podíamos lograr altas temperaturas -- no era suficiente. Necesitábamos derrotar a las celdas solares.
We needed to beat solar cells. 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.
Entonces, pensamos en otra idea. Vimos cómo separar una parábola en pétalos individuales que rastrearíamos. Así que lo que ven aquí son 12 pétalos separados, que cada uno podría ser controlado con microprocesadores individuales que costarían solamente un dólar. Ahora se puede comprar un microprocesador de 2 MHz por US$1. Y por US$1 también se pueden comprar motores paso a paso que casi no se desgastan porque no tienen escobillas. Podemos controlar los doce pétalos por menos de US$50 y lo que esto nos permitiría hacer es no tener que mover el foco nunca más si no, mover solamente los pétalos.
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. 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.
El sistema completo tendría un perfil mucho menor pero también podríamos recibir luz solar por 6,5 a 7 horas por día. Ahora que hemos concentrado la luz solar, qué vamos a poner en el centro para convertir la luz solar en electricidad? Tratamos de observar los distintos motores térmicos que han sidos utilizados históricamente para tratar y convertir luz solar en electricidad, o calor en electricidad. Y uno de los grandes de todos los tiempos, la máquina a vapor de 1788 James Watt fue una gran innovación. En realidad, James Watt no inventó el motor a vapor, él sólo lo mejoró. Pero, sus mejoras fueron increíbles. Watt agregó nuevas guías longitudinales a los pistones, agregó un condensador para enfriar el vapor fuera del cilindro, hizo el motor de doble efecto, con lo cual tenía el doble de poder.
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.
Esas eran grandes innovaciones. Quiero decir, por todas las mejoras que él hizo -- es justificable que nuestra medida de energía, el watt, hoy se llame así en honor a él. Entonces, observamos este motor, y tenía algo de potencial. Los motores a vapor son peligrosos, y han tenido un tremendo impacto en el mundo, como Uds. saben -- revolución industrial y barcos y locomotoras. Son usualmente buenos al ser motores grandes, Pero no lo son para la generación de energía distribuída. Trabajan a muy alta presión, por lo que son peligrosos
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.
Otro tipo de motor es el motor de aire caliente. El motor de aire caliente tampoco fue inventado por Robert Stirling, Robert Stirling apareció en 1816 y lo mejoró radicalmente. Este motor -- era muy interesante, trabajaba con sólo aire, no con vapor, ha llevado a cientos de diseños creativos a lo largo de los años que usan el principio del motor Stirling.
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.
Pero después del motor Stirling, llegó Otto, y él tampoco inventó en motor de combustión interna, sólo lo refinó. Lo presentó en Paris en el año 1867, y fue un logro grandioso porque aumentó sustancialmente la potencia específica del motor. Ahora se podía ahora obetner mucha más potencia en un espacio mucho menor y eso permitió que el motor fuera utilizado en aplicaciones móviles. Una vez que se obtuvo movilidad, se comenzaron a fabricar más motores, en contraste con los pocos que se fabricaban para barcos a vapor o grandes industrias, entonces este fue el motor que terminó entregando beneficios de la producción en masa donde los demás motores no lo hicieron.
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. I want to give you a brief explanation of how we looked at it and how it works.
Dado que el motor Otto se comenzó a producir en masa, los costos se redujeron, cien años de perfeccionamiento, las emisiones se redujeron, tremendo valor de producción. Se han fabricado cientos de millones de motores de combustión interna, comparados con los miles de motores Stirling producidos. Y muchos menos pequeños motores a vapor, sólo los grandes para grandes operaciones Por lo tanto, después de mirar estos tres motores, y otros 47, concluímos que el motor Stirliing sería el mejor a utilizar. Quiero darles una breve explicación de cómo lo analizamos y de cómo funciona.
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.
Observamos el motor Stirling de una manera nueva, porque era práctico -- el peso ya no importaba para nuestra aplicación El motor de combustión interna fue descartado porque el peso era relevante porque teníamos que moverlo. Pero si estás intentando generar energía solar en un lugar estático el peso no importa mucho. La otra cosa que descubrimos es que la eficiencia no importaba demasiado
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.
si la fuente de energía es gratis. Normalmente, la eficiencia es crucial porque el costo del combustible del motor sobre su vida útil reduce el costo del motor. Pero si la fuente de la energía es gratis, entonces la única cosa que importa es el costo del la inversión en el motor. Por tanto no quieres optimizar por eficiencia, quieres optimizar por potencia por dólar. Entonces, utilizando este nueva perspectiva, con el nuevo criterio,
So using that new twist, with the new criteria, we thought we could relook at the Stirling engine, 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, because the sun is free. And that's the process we took -- let me show you how the engine works.
pensamos que podíamos volver a considerar el motor Stirling, y además incorporar algorítmos genéticos. Básicamente, Robert Stirling no tuvo a Gordon Moore antes de él para darle procesadores de tres gigahertz. Entonces tomamos el mismo algorítmo genético que usamos anteriormente para hacer ese concentrador, que no funcinó para nosotros, para optimizar el motor Stirling y definir su tamaño de diseño y todas sus dimensiones las óptimas para obtener la mayor potencia por dólar, sin importar el peso ni el tamaño, para obtener la mayor conversión de energía solar, porque el sol es gratis. Y ése es el proceso que seguimos -- déjenme mostrarles cómo funciona el motor. El más simple motor de calor, o motor de aire caliente, de todos los tiempos
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.
sería así -- tomen una caja, un contenedor de acero y un pistón. Coloquen una llama por debajo, el pistón se mueve hacia arriba. Saquen la llama y agreguen agua, o déjenlo enfriar, entonces el pistón se mueve hacia abajo. Eso es un motor de calor. Es el motor de calor más elemental que se podría tener. El problema es que la eficiencia es de 0.01% pues se está calentando todo el metal de la cámara y luego enfriándolo, en cada ciclo. Y si se está obteniendo potencia solamente del aire que se calienta al mismo tiempo, se está desperdiciando toda esa energía al calentar y enfriar el 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.
Entonces apareció alguien con una idea muy ingeniosa, para -- en vez de calentar y enfriar todo el cilindro, qué pasa si colocamos un desplazador en el interior -- un pequeño elemento que mueva el aire hacia adelante y atrás. Esto se mueve de arriba a abajo con un poco de energía pero ahora solamente estamos moviendo el aire hacia abajo a la parte caliente, y hacia arriba a la parte fría, hacia abajo a la parte caliente, y hacia arriba a la parte fría. Entonces, ahora no estamos calentando y enfriando alternadamente el metal, solo estamos calentando y enfriando alternadamente el aire. Eso permite subir la eficiencia, desde 0,01% a alrededor de 2%.
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, if you can design this to be low enough cost.
Y luego Robert Stirling apareció con esta genial idea, la cual era, bueno, sigo sin calentar el metal, con este tipo de motor, pero sigo recalentando todo el aire. Aún seguimos calentando el aire y enfriándolo cada vez. Qué pasaría si pusiéramos una esponja térmica en el medio, en la ruta por donde pasa el aire para ir de caliente a frío? Así que hizo finos alambres, y vidrio rajado, y otros materiales, Stirling confeccionó una espoja que pudiera calentarse. Entonces, cuando el aire subiera para ir desde el extremo cálido al extremo frío la esponja retendría algo de calor. Y cuando el aire regresara después de haber sido enfriado recogería es calor nuevamente. Por lo tanto, estamos reutilizando la energía cinco o seis veces y eso aumenta la eficiencia a un número de entre 30% y 40% Es poco conocida, pero brillante, la invención de Rober Stirling que lleva el motor de aire caliente de ser algo poco práctico -- como yo comprobé cuando construí una versión simple de él en la secundaria -- a algo potencialmente posible, una vez que se incrementa la eficiencia, si esto se puede diseñar para ser lo suficientemente económico. Entonces, emprendimos un camino para intentar hacerlo con el menor costo posible.
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.
Desarrollamos un inmenso modelo matemático de cómo funciona el motor Stirling. Aplicamos el algoritmo genético. Obtuvimos de ahí el resultado para el motor óptimo. Construímos motores -- construímos unos cien motores distintos durante los últimos dos años. Medimos cada uno, reajustamos el modelo a partir de lo que habíamos medido, y luego lo llevamos al prototipo actual. Llegamos a un motor muy compacto y económico. Y así es como luce este motor. Déjenme mostrarles cómo se ve en la vida real.
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. So now you put the two things together.
Este es el motor. Es sólo un pequeño cilindro aquí abajo que sostiene el generador en su interior y todas las conexiones. y es la tapa caliente -- el cilindro caliente en el extremo superior -- esta parte se calienta, esta parte es fría, y sale la electricidad. Lo contrario también es verdad. Si agregamos electricidad, esto se calienta y esto se enfría, Así, obtenemos refrigeración. Por tanto, es un ciclo completamente reversible. un ciclo muy eficiente, una cosa muy simple de fabricar. Ahora ponemos las dos cosas juntas.
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.
Y tenemos un motor, ahora qué pasa si combinamos los pétalos y el motor en el centro. Los pétalos siguen el sol y el motor obtiene la luz solar concentrada, toma ese calor y lo convierte en electricidad. Así es como se veía el primer prototipo de nuestro sistema con los pétalos y el motor en el centro. Esto está trabajando en el sol, y ahora quiero ahora mostrarles como se ve el diseño actual.
(Applause)
(Aplausos)
Thank you.
Gracias.
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 -- six and a half to seven hours as the sun moves across the sky.
Esta es una unidad con los 12 pétalos. Cada pétalo cuesta alrededor de US$1 -- livianos, de plástico inyectado, aluminizados. El mecanismo para controlar cada pétalo está ahí abajo con un microprocesador en cada uno. Hay termocuplas en el motor -- pequeños sensores que detectan el calor cuando los golpea la luz solar. Cada pétalo se ajusta por sí solo para mantener la más alta temperatura en él. Cuando el sol sale por la mañana, los pétalos lo buscarán, lo encontrarán buscando la más alta temperatura. Alrededor de un minuto y medio o dos minutos, después de que los rayos estén golpeando la tapa superior el motor estará lo suficientemente caliente para comenzar y luego generará electricidad por cerca de seis horas y media por día -- seis horas y media a siete horas según se mueva el sol por el cielo. Un aspecto crítico que podemos aprovechar
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.
es que tenemos estos microprocesarores económicos y cada uno de los pétalos es autónomo, y cada uno de ellos calcula dónde está el sol sin configuración de parte del usuario. No tienes que decirle en qué latitud o longitud te encuentras, no tienes que decirle cuál es la inclinación del techo, no tienes que decirle cuál es la orientación. Realmente no importa. Lo que hace es que buscar el lugar en que la luz entrega más calor, busca de nuevo luego de media hora, busca de nuevo al día siguiente, busca de nuevo al mes siguiente. Básicamente, determina en qué lugar del planeta estas, observando la dirección en que se mueve el sol por lo tanto no tenemos que ingresarle dato alguno acerca de eso.
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.
La manera en que la unidad trabaja es, cuando sale el sol el motor se encenderá y así obtendremos energía por acá. Tenemos corriente alterna y corriente continua, tenemos 12 volts DC, que pueden ser utilizados para ciertas aplicaciones. Tenemos un inversor (convertidor) ahí, podemos obtener 117 volts AC y además podemos obtener agua caliente. El agua caliente es opcional. No tenemos que utilizar el agua caliente, se enfriará por sí sola. Pero podemos utilizarlo opcionalmente para calentar agua y eso aumentaría la eficiencia aún más porque algo de ese calor que normalmente estaríamos descartando, ahora puede ser usado como energía útil, ya sea para una piscina o agua caliente.
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. Then the petals will move into position, and the engine will start.
Permítanme mostrarles una breve película de cómo se ve funcionando. Esta es la primera prueba que realizamos al aire libre y cada pétalo estaba buscando individualmente. Y lo que hacen es moverse a pasos, muy toscamente al principio, y posteriormente de manera muy suave. Una vez que obtienen la lectura de la termocupla indicando que encontraron el sol, sus movimientos se suavizan y realizan una búsqueda más fina, luego todos los pétalos se moverán a su posición y entonces el motor se encenderá. Hemos estado trabajando en esto durante los dos últimos años.
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.
Estamos muy emocionados con el progreso, aún cuando tenemos un largo camino por seguir y déjenme contarles un poco más acerca de ello. Así es como visualizamos que sería en una instalación residencial probablemente tendrías más de una unidad en tu techo. Podría ser en tu techo, en tu patio trasero, o en algún otro lugar. No necesitas tener tantas unidades como para alimentar de energía toda la casa, solamente ahorras dinero con cada unidad adicional que agregas.
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. 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.
Bueno, aún estaríamos utilizando la red electrica normal, aún con este tipo de aplicación, para que sea un suministro de respaldo -- por supuesto, no se las puede utilizar en la noche, ni tampoco en días nublados. Pero al reducir tu consumo de energía, sobretodo en épocas pico -- usualmente cuando se utiliza aire acondicionado, u otras épocas como esa -- esto genera el pico de energía en el momento del pico de utilización, por lo tanto es bastante complementario en ese sentido. Así es como visualizamos una aplicación residencial.
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 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. 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.
También pensamos que hay un gran potencial para granjas de energía especialmente en tierras lejanas donde resulta habiendo mucho sol. Es una muy buena combinación de estos dos factores. Resulta que hay bastante sol poderoso alrededor del mundo, obviamente, pero en lugares especiales donde resulta relativamente económico instalar este sistema y también en muchos otros lugares donde hay fuerte energía eólica. Un ejemplo de esto es, aquí está el mapa de Estados Unidos, casi todos los lugares que no están en verde o azul son lugares ideales, pero incluso las áreas verdes o azules son buenas, solamente no tan buenas como los lugares que están en rojo, naranjo o amarillo. Pero el área de alta temperatura cercana a Las Vegas o el Death Valley y esa área es muy, muy buena. Y lo que esto hace es afectar el tiempo de recuperación de la inversión, no significa que no pudieras utilizar energía solar, puedes utilizar energía solar en cualquier parte de la Tierra. Sólo afecta el periodo de recuperación de la inversión si lo comparamos con el abastecimiento de energía eléctrica tradicional. Pero si no tienes abastecimiento de energía eléctrica tradicional, entonces la cuestión sobre el periodo de recuperación de la inversión cambia totalmente. Es cuántos watts obtenemos por cada dólar, y cómo podrías beneficiarte al utilizar esa energía para cambiar tu vida de alguna manera.
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.
Este es el mapa de los Estados Unidos. Este es el mapa de toda la Tierra y nuevamente, podemos ver una enorme franja en el medio donde principalmente está gran parte de la población, que presenta tremendas oportunidades para la energía solar. Y por supuesto, miren África. Es casi increíble el potencial para aprovechar la energía solar allí, y estoy realmente emocionado de hablar más acerca de encontrar formas en las que podemos ayudar con eso.
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. 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 that we're really shooting for in the company.
Como conclusión, diría que mi recorrido me ha mostrado que se pueden volver a consultar viejas ideas con una nueva perspectiva, y algunas veces ideas que han sido descartadas en el pasado pueden ser prácticas ahora si aplicamos algunas nuevas tecnologías o nuevos giros. Creémos que nos estamos acercando a algo práctico y económico. Nuestra meta de corto plazo es costar la mitad del precio de las celdas solares y nuestra meta de largo plazo es tener un periodo de recuperación de la inversión menor a cinco años. Y a menos de cinco años de recuperación del capital invertido, súbitamente esto resulta muy económico. Entonces, no necesitas sólamente desear sentirte bien con respecto a la energía para querer tener uno de estos. Simplemente hace sentido económico. Ahora mismo, los periodos de recuperación de capital invertido en energía solar son de entre 30 y 50 años. Si los reducimos debajo de los cinco años entonces resulta perfectamente obvio por el interés en tener uno -- alguien te lo financiará y Ud. puede ganar dinero, básicamente desde el primer día. Esta es nuestra verdadera y poderosa meta a la cual estamos apuntando en la compañía. Otras dos cosas que aprendí que fueron muy sorprendentes para mí --
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, 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.
una fue qué tan cotidianos somos acerca de la energía. Yo estaba viniendo desde el ascensor hasta aquí, y aún mirando hacia el escenario en este momento -- hay probablemente 20.500 watts en luces en este mismo instante. Hay 10.000 watts de luz derramándose en el escenario, un caballo de vapor (HP) is 756 watts, a pleno poder. Así que hay básicamente 15 caballos corriendo a toda velocidad para mantener el escenario iluminado. Sin mencionar los 200 caballos que están probablemente corriendo ahora mismo para hacer funcionar el aire acondicionado. Y es asombroso, entras al ascensor y hay luces encendidas en el ascensor. Por supuesto ahora, soy muy sensible en casa cuando dejamos luces encendidas por error. Pero, alrededor nuestro tenemos un uso insaciable de energía
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, and I really hope we can get there.
porque es muy barata. Y es barata porque hemos sido subsidiados por energía que ha sido concentrada por el sol. Básicamente, el petróleo es energía solar concentrada. Ha sido acuñado por mucha energía durante mil millones de años para lograr que tenga toda esa energía contenida en el. Y no tenemos el derecho inalienable para gastarla tan rápido como podamos, creo yo. Y sería grandioso si pudiéramos encontrar la manera hacer renovable nuestro uso de energía, en donde mientras la vamos utilizando la vamos creando al mismo tiempo, y realmente espero que podamos lograrlo. Muchas gracias, han sido una maravillosa audiencia.
Thank you very much, you've been a great audience.
(Aplausos)