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.
Avevo 15 anni quando cominciai ad interessarmi di energia solare. La mia famiglia si era trasferita in California da Fort Lee, nel New Jersey, ci eravamo spostati dalla neve ad un luogo pieno di sole e di gasdotti. Nel 1973 il gas veniva razionato. La crisi energetica era all'apice.
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.
Cominciai a leggere la rivista Popular Science, e mi entusiasmai al potenziale dell'energia solare come possibile soluzione a quella crisi. Alle superiori avevo appena seguito trigonometria, appreso della parabola e di come fosse in grado di concentrare i raggi di luce in un singolo punto. Tutto ciò mi entusiasmava. Sentivo veramente che c'era la potenzialità per costruire qualcosa in grado di concentrare la luce. Misi su una azienda col nome Solar Devices Era una azienda che produceva parabole, seguii metallurgia e mi ricordo che cominciai metallurgia costruendo parabole e motori Stirling. Costruivo questi motori Stirling al tornio e tutti i bikers -- i motociclisti -- si avvicinavano e mi dicevano "Ti stai costruendo un narghilè, vero?" Io rispondevo, "No, è un motore Stirling. Veramente!" Ma non mi credevano.
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.
Vendetti i progetti di questo motore e del disco sul retro della rivista Popular Science a quattro dollari cadauno. Guadagnai denaro a sufficienza per pagarmi il primo anno al Caltech. Ero davvero molto eccitato di andare al Caltech. Durante il primo anno al Caltech continuai a mandare avanti gli affari. Ma dal secondo anno in poi, cominciarono le valutazioni. Il primo anno si poteva essere promossi o bocciati, ma al secondo si era valutati. Non ero più in grado di dedicarmi agli affari e andò a finire che per i successivi 25 anni seguii altre strade. Il mio sogno era di poter trasformare l'energia solare a costi bassi, ma poi intervennero queste altre circostanze. Dapprima, i corsi e lo studio al Caltech. Poi, dopo la laurea al Caltech, arrivò il PC di IBM, ed io, nel 1981, sviluppai dipendenza da PC IBM. Dopo, nel 1983, uscì 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.
ed io ne fui totalmente conquistato. Iniziai a fare affari con Lotus 1-2-3, a programmare degli add-ins, scrissi un'interfaccia per Lotus 1-2-3 in linguaggio naturale. Dopo essere stato assunto da Lotus fondai una azienda di software educazionale. Dopodiché fondai Idealab, in modo da poter avere un contenitore dove poter costituire più aziende collegate Poi, molto tempo dopo -- nel 2000, molto di recente, la nuova crisi energetica californiana --
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 ciò che veniva spacciato come una grande crisi energetica -- era in arrivo. Tentai di capire se ci fosse un modo per poter sfruttare la situazione cercando il modo di fornire energia supplementare, nel caso la crisi fosse arrivata veramente. Cominciai a studiare come poter costruire sistemi di immagazzinamento a batteria che garantissero 5, 10 ore, magari anche un giorno, o addirittura tre giorni di autonomia. Come avete gia' avuto modo di sentire oggi, le batterie sono dispositivi dalla molto bassa densità energetica, se paragonate al combustibile. Si può immagazzinare molta più energia col combustibile che con le batterie. Dovreste riempire di batterie tutta l'area di parcheggio del vostro garage per garantirvi quattro ore di autonomia energetica. Mi convinsi, dopo aver vagliato ogni altra tecnologia a disposizione per immagazzinare energia -- i volani, altri tipi di batterie -- che immagazzinare energia non era granché conveniente. E se invece l'energia l'avessimo prodotta?
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.
Questo forse era possibile. Ci pensai su -- magari il solare, adesso, era appetibile. Erano trascorsi 25 anni dai tempi in cui me ne occupavo, facciamo un passo indietro e andiamo a vedere cosa era successo nel campo delle celle solari. Il prezzo era gradualmente sceso da 10 dollari a watt a circa 4 o 5 dollari, ma poi si era stabilizzato. Per diventare conveniente, tuttavia, avrebbe dovuto calare molto di più. Studiai tutte le novità introdotte nelle celle solari e cercavo di trovare le modalità per innovarle e produrre celle solari a buon mercato. Molte innovazioni recenti stanno aiutando in questo senso, ma sostanzialmente il processo richiede una quantità di energia elevatissima. Si dice, perfino, che per produrre una cella solare è necessaria più energia di quanta essa ne produrrà nel suo ciclo di vita. Se riusciremo a ridurre la quantità di energia necessaria a produrre le celle tutto diventerà più pratico.
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.
Ad oggi, tuttavia, abbiamo bisogno del silicio e per produrre le celle dobbiamo cuocerlo per 17 ore in un forno a 1600 gradi Fahrenheit. Molti si stanno impegnando per semplificare questo processo, ma io, in questo settore, non ero in grado di dare un contributo. Allora cercai altri metodi per produrre l'elettricità solare a prezzi convenienti. Mi venne un'idea: raccogliere i raggi solari con un ampio riflettore -- come avevo immaginato quando ero alle scuole superiori -- con la tecnologia moderna ora era forse possibile che un grande collettore, poco costoso concentrasse i raggi verso un piccolo convertitore, ed il dispositivo di conversione non avrebbe dovuto essere tanto costoso essendo molto piccolo, a differenza delle celle solari che devono ricoprire tutta la superficie dalla quale si vuole raccogliere i raggi solari. Ora sembrava possibile
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.
poiché nei 25 anni trascorsi erano state sviluppate molte nuove tecnologie. Per prima cosa, erano disponibili molte nuove tecniche di produzione, per non parlare di motori miniaturizzati davvero economici -- motori senza spazzole, servomotori, motori passo a passo, di quelli che si usano per stampanti e scanner e cose del genere. Beh, questa era davvero una innovazione. E naturalmente i microprocessori a basso costo ed inoltre una innovazione importantissima: gli algoritmi genetici. Sarò breve sugli algoritmi genetici.
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.
Sono un modo molto potente per risolvere mediante la selezione naturale problemi altrimenti insolubili. Si prende un problema che non si riesce a risolvere con una risposta puramente matematica, si crea un sistema evolutivo per trattare molteplici ipotesi, si aggiunge del sesso -- ossia si prende la metà di una soluzione e la metà di un'altra e si producono nuove mutazioni -- e si usa la selezione naturale per eliminare le soluzioni insoddisfacenti. Solitamente, oggi, con un algoritmo su un computer
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 processore da tre gigahertz si possono risolvere moltissimi problemi, prima d'ora considerati insolubili, in appena pochi minuti. Cercammo il modo di usare gli algoritmi genetici per creare un nuovo tipo di concentratore. Vi mostrerò cosa ne abbiamo ricavato. Normalmente i concentratori appaiono così.
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.
Queste forme sono parabole. Esse catturano tutti i raggi paralleli e li focalizzano in un singolo punto. Devono seguire il sole poiché necessitano di puntare direttamente al sole. In genere hanno un angolo di tolleranza di circa un grado, il che significa che se il posizionamento oscilla di oltre un grado nessun raggio solare sarà messo a fuoco. Cercammo il modo di costruire un collettore fisso, un collettore che raccogliesse molto più di un grado di luce, senza parti mobili. Così abbiamo generato e sperimentato questo algoritmo genetico, abbiamo costruito in XL un modello di riflettore multisuperficie e una cosa stupefacente si è letteralmente evoluta da un miliardo di cicli di prove, un miliardo di tentativi diversi, con una forma adatta a raccogliere la maggior quantità di luce solare dal maggior numero di angolature, nell'intera giornata.
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.
E questa è la forma che ne è uscita. Un collettore fisso con questi sei corni a forma di basso-tuba, ognuno di essi raccoglie la luce nel seguente modo: se la luce colpisce qui, potrebbe rimbalzare direttamente al centro, nel punto caldo, ma se il sole è fuori asse e proviene di lato, potrebbe colpire due zone e fare due rimbalzi, Quindi, per la luce diretta, occorre solo un rimbalzo, per quella fuori asse ce ne vogliono due, e per quella estremamente fuori asse, potrebbero occorrerne tre. L'efficienza diminuisce all'aumentare dei rimbalzi, poiché si perde circa il 10 percento ad ogni rimbalzo, ma questo ci consentiva di catturare la luce da un angolatura di più o meno 25 gradi. Quindi, potevamo raccogliere luce con un'apparecchiatura fissa per circa due ore e mezza al giorno. Le celle solari però catturano luce per quattro ore e mezza.
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.
In un giorno medio, una cella solare -- poiché il sole si sposta nel cielo -- una cella solare e' soggetta ad un calo di prestazione dall'andamento sinusoidale ad angoli d'incidenza fuori asse. Raccoglie in media circa quattro ore e mezza di luce al giorno. Quindi, perfino questo, sebbene fosse eccezionale per un dispositivo fisso -- riuscivamo a raggiungere alte temperature -- non era sufficiente. Dovevamo battere le celle solari.
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.
Considerammo allora un'altra idea. Pensammo al modo di aprire la parabola in singoli petali mobili. Quelli che vedete quì sono 12 petali separati, ognuno dei quali potrebbe essere controllato da un singolo microprocessore che costa solo un dollaro. Oggi è possibile comprare microprocessori da 2 megahertz al prezzo di un dollaro. Ed è possibile comprare motori passo a passo quasi indistruttibili, dato che sono privi di spazzole, al prezzo di un dollaro. Possiamo controllare i 12 petali con meno di 50 dollari di spesa e questo ci permette di tenere fisso il focus muovendo solo i petali.
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.
L'intero sistema avrebbe un profilo molto più basso, ma consentirebbe di raccogliere la luce da 6,5 a 7 ore al giorno. Ora che siamo riusciti a concentrare la luce solare, cosa possiamo usare per convertirla in elettricità? Prendemmo in considerazione diversi modelli di motori termici usati in passato per convertire la luce solare, o il calore, in elettricità. Uno dei migliori di tutti i tempi, il motore a vapore di James Watt del 1788, fu una grande innovazione. James Watt in realtà non invento' il motore a vapore, lo miglioro' soltanto. Ma le sue migliorie furono incredibili. Egli aggiunse delle nuove guide lineari di movimento per i pistoni, aggiunse un radiatore per raffreddare il vapore all'esterno dei cilindri, raddoppiò la potenza del motore rendendolo a doppia azione.
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.
Furono innovazioni estremamente importanti. Voglio dire, per tutte le migliorie apportate -- è comprensibile che l'unità di misura dell'energia oggi, il watt, derivi dal suo nome. Quindi ragionammo sulle potenzialità di questo motore. I motori a vapore sono pericolosi e, come sapete, ebbero un enorme impatto nel mondo -- la rivoluzione industriale, le navi e le locomotive. Di solito essi sono enormi e quindi inadatti per la produzione di energia distribuita. Sviluppano, inoltre, fortissime pressioni, motivo per cui sono pericolosi.
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.
Un altro tipo di motore è quello ad aria calda. Anche in questo caso Robert Stirling non inventò il motore ad aria calda, tuttavia, nel 1816, egli arrivò e lo migliorò radicalmente. Questo motore, che ci interessava per il fatto che funzionasse con l'aria e non col vapore. ha ispirato, nel corso degli anni, moltissime progettazioni che usano il principio del motore 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.
Ma dopo questo, arrivò Otto, che, come gli altri, non inventò il motore a combustione interna, ma lo raffinò. Lo espose a Parigi nel 1867 e fu un grande passo avanti poiché aumentò notevolmente la capacita' di potenza del motore. Si poteva concentrare molta potenza in uno spazio molto piccolo e ciò permise di sfruttare il motore per la locomozione. Quindi, una volta ottenuta la mobilità, si cominciano a produrre molti piu' motori per quel tipo di richiesta, che non per settori come quelli dei battelli a vapore o della grande industria, dove la richiesta non e' altrettanto elevata. perciò fu questo tipo di motore a beneficiare della produzione in massa al contrario di tutti gli altri.
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.
Poiché fu prodotto in larga scala i costi si abbassarono; in 100 anni di evoluzione le emissioni furono ridotte, il valore di produzione è salito a dismisura. Sono stati prodotti centinaia di milioni di motori a combustione interna, contro le migliaia di motori Stirling. Non si sono più costruiti neanche i piccoli motori a vapore, solo quelli grandi per operazioni pesanti. Dopo aver ragionato su questi tre e su altri 47 tipi convenimmo che il motore Stirling fosse il migliore per i nostri scopi. Voglio brevemente spiegarvi come l'abbiamo pensato e come funziona.
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.
Abbiamo tentato di guardare il motore Stirling con occhi nuovi visto che era pratico: per l'uso che ne dovevamo fare il peso non era importante Il motore a combustione interna ebbe successo perché il peso era determinante per la mobilità. Ma se lo scopo è quello di generare energia solare in un punto fisso il peso non è così importante. Capimmo inoltre che nemmeno l'efficienza e' poi così importante
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.
se la fonte di energia è gratuita. In genere, l'efficienza è un fattore cruciale dato che, nel tempo, il costo del carburante supera di molto il costo del motore. Ma se il carburante è gratis l'unica cosa che conta è il costo nudo del motore. Quindi non si cerca di massimizzare l'efficienza, bensì la quantità di energia prodotta per dollaro speso. Quindi in quest'ottica, seguendo questo nuovo 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.
pensammo di poter rinnovare il motore Stirling facendo uso anche di algoritmi genetici. Robert Stirling non ebbe Gordon Moore a precederlo e a portarci la potenza dei processori da 3 gigahertz. Così utilizzammo lo stesso algoritmo genetico usato per il concentratore, quello che non aveva funzionato, per ottimizzare il motore Stirling, calcolarne esattamente il formato e le dimensioni per ottenere la maggior quantità di energia per dollaro, incuranti del peso e della grandezza, ricercando la massima conversione di energia solare, dato che il sole è gratis. E questo fu il percorso intrapreso - lasciate che vi mostri come funziona il motore. Il più semplice motore termico di tutti i tempi, il motore ad aria calda
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.
funziona così: si prende una scatola, un cilindro d'acciaio con un pistone. Si mette del fuoco sotto e il pistone va in su. Si toglie dal fuoco, vi si versa dell'acqua o si lascia raffreddare, ed il pistone va giù. Ecco fatto un motore termico. Praticamente è il motore termico più basilare possibile. Il problema è che l'efficienza è di un centesimo di uno percento poiché ad ogni ciclo anche tutto il metallo della camera viene prima riscaldato e poi raffreddato, ma si puo' ricavare energia solo dall'aria che si riscalda al contempo, mentre tutta l'energia necessaria a scaldare e raffreddare il metallo e' sprecata.
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.
Allora a qualcuno è venuta un'idea ingegnosa: invece di riscaldare e raffreddare tutto il cilindro, perché non mettere un variatore interno -- un piccolo aggeggio che sposta l'aria avanti e indietro? Lo si manovra in su e in giù utilizzando un po' di energia ma così si sposta solamente l'aria, giù nella parte calda e su in quella fredda, giù nella parte calda e su in quella fredda. In questo modo non si scalda e raffredda anche il metallo, ma solo l'aria si scalda e raffredda alternativamente. Ciò innalza l'efficienza da un centesimo di un uno percento a circa il due percento.
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.
Quindi arriviamo alla strepitosa idea di Robert Stirling ossia: anche se non è più necessario scaldare il metallo con questo motore, devo comunque riscaldare l'aria di continuo. Siccome è necessario scaldare e raffreddare l'aria in continuazione, cosa succederebbe se mettessi una spugna termica nel mezzo, proprio nel passaggio in cui l'aria deve spostarsi tra caldo e freddo? Egli costruì una spugna termica fatta di sottili filamenti metallici, frammenti di vetro rotti e tanti diversi tipi di altri materiali. In tal modo, quando l'aria passa dalla parte calda a quella fredda trasferisce del calore alla spugna. Poi quando l'aria torna indietro dopo essersi raffreddata riassorbe il calore lasciato. In questo modo si può riutilizzare la stessa energia per 5 o 6 volte e l'efficienza puo' raggiungere valori tra il 30 e il 40 percento. Questa e' una poco conosciuta, ma brillante e geniale invenzione di Robert Stirling, che trasforma il motore ad aria calda da una cosa poco pratica -- come io stesso pensavo quando ne costruivo le versioni basi alle superiori -- ad una possibile realtà, una volta incrementata l'efficienza e raggiunto un contenuto costo di produzione. Intraprendemmo, quindi, la strada per provare a renderlo il più possibile economico.
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.
Sviluppammo un grande modello matematico del funzionamento del motore Stirling. Applicammo l'algoritmo genetico. Da ciò ricavammo i risultati per l'ottimizzazione del motore. Poi costruimmo i motori -- circa 100 tipi diversi negli ultimi due anni. Ognuno veniva testato, ed il modello poi riadattato sulla base dei tests, fino a giungere all'attuale prototipo. Siamo giunti ad un motore molto compatto ed economico Ed ecco come si presenta questo motore. Lasciate che vi mostri realmente come è fatto.
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.
Bene, questo è il motore. Si tratta di un piccolo cilindro qui sotto contenente il generatore e tutto il cablaggio che ha una sommità calda -- il cilindro riscaldato in testa -- questa parte si riscalda, quest'altra è fredda e viene prodotta l'elettricità. Ed è vero anche l'esatto contrario. se viene immessa elettricità, questa parte si riscalda, quest'altra si raffredda e si produce freddo. Un ciclo completamente reversibile, davvero efficiente ed abbastanza semplice da costruire. Adesso uniamo le due cose.
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.
Fatto il motore che succede se lo mettiamo al centro dei petali? I petali seguono la luce ed il motore ne riceve i raggi concentrati, per assorbirne il calore e trasformarlo in elettricità. Ecco come appariva il primo prototipo del nostro sistema unendo i petali con il motore al centro. Questo l'abbiamo messo fuori al sole, ed ora vi mostrerò il modello reale.
(Applause)
(Applausi)
Thank you.
Grazie.
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.
Questa è una unità con i 12 petali Questi petali costano ognuno circa un dollaro -- plastica leggera modellata e alluminata Ogni petalo è controllato da un dispositivo munito di microprocessore situato lì sotto. Sul motore sono presenti delle termocoppie -- piccoli sensori che individuano il calore quando i raggi di sole li colpiscono. Ogni petalo si posiziona autonomamente per mantenere la temperatura più alta. Al mattino, quando il sole spunta, i petali cercheranno il sole, e lo troveranno ricercando la temperatura più alta. In un minuto e mezzo o due circa, dopo che i raggi colpiscono la sommità calda il motore sarà abbastanza caldo per avviarsi e potrà produrre elettricità per circa sei ore e mezza al giorno -- da sei ore e mezza a sette ore, col muoversi del sole nel cielo. Un aspetto critico da cui possiamo trarre vantaggio
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.
è che abbiamo microprocessori economici e ognuno dei petali è autonomo, ed ogni petalo riesce ad individuare il sole senza bisogno di un operatore. Non c'è bisogno di specificare latitudine e longitudine, o quale sia l'angolo di pendenza del tetto. o quale sia l'orientazione. Non ce n'é veramente bisogno. Quello che fa è mettersi alla ricerca della posizione migliore, mezz'ora dopo ripete la ricerca, la ripete nuovamente dopo un giorno, e dopo un mese. Praticamente si orienta sulla Terra seguendo la direzione del movimento solare per cui non è necessario fornire alcuna istruzione a riguardo.
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.
Il funzionamento del modulo è questo: quando spunta il sole il motore si avvia e comincia ad erogare energia da qui. Abbiamo corrente alternata e continua, quella continua a 12 volt la possiamo usare per alcune apparecchiature. Lì dentro c'è un inverter che fornisce corrente alternata a 117 volt e possiamo ottenere anche acqua calda. L'acqua calda è facoltativa. Non si e' obbligati ad usare l'acqua calda, il sistema si raffredderà comunque da solo. Però si può usare il calore per riscaldare dell'acqua ciò incrementerà ancora di più l'efficienza poiché questa parte del calore che normalmente verrebbe dispersa può così essere cosi' utilizzata come energia, per una piscina o per l'acqua calda.
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.
Vi mostrerò un breve filmato di come funziona. Questo è il primo test effettuato in cui lo portammo all'esterno ed ogni petalo cominciò individualmente la ricerca. Si muovono dapprima per incrementi molto grossolani, poi in maniera molto fine. Una volta che le termocoppie registrano un valore di temperatura che segnala l'individuazione del sole, essi rallentano e cominciano una ricerca fine, dopodiché tutti i petali si posizionano ed il motore parte. Negli ultimi due anni non abbiamo lavorato che a questo.
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.
Siamo molto soddisfatti dei progressi fatti anche se la strada è ancora lunga, e a questo proposito lasciate che vi mostri dell'altro. Questa è la nostra idea per una installazione residenziale; probabilmente installerete più di una unità sul vostro tetto. Sul tetto o nel cortile, o da qualsiasi altra parte Non è necessario installare unità sufficienti a fornire energia per tutta la casa, ma ad ogni unita' aggiuntiva installata c'e' ulteriore risparmio.
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.
Questa tecnologia dovrà essere affiancata alla rete energetica tradizionale come energia di riserva -- perché è ovvio che di notte non funziona e neanche nelle giornate nuvolose. Ma aiuta a contenere i consumi, specialmente negli orari di picco della domanda -- solitamente quando si accendono i condizionatori o in situazioni simili -- questo sistema puo' fornire la potenza richiesta proprio nei momenti di picco della domanda, pertanto e' in questo senso davvero complementare alla rete. Cosi' e' come noi concepiamo una installazione residenziale.
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.
Pensiamo, inoltre, che le fattorie energetiche abbiano grandi potenzialità soprattutto in quei territori dove c'è molta presenza di sole. E' davvero una ottima combinazione di fattori. E si da' il caso che nel mondo vi siano tante zone in cui il sole è molto forte, ma, specialmente in alcuni siti, l'installazione risulta essere relativamente economica così come in molti altri luoghi soggetti a venti molto forti. Facciamo un esempio pratico: ecco la cartina degli Stati Uniti, Quasi tutto quello che non è verde o blu è da considerarsi un luogo ideale, ma anche le zone verdi o blu possono essere delle buone zone, anche se non così buone come quelle rosse, arancioni o gialle. Il territorio nei dintorni di Las Vegas e della Death Valley è veramente ottimo. Certamente questo influisce sui tempi di recupero d'investimento; ciò non significa che non si possa sfruttare l'energia solare: lo si puo' fare ovunque ci si trovi. Solo che, a confronto con il costo dell'elettricità della rete, i tempi di recupero d'investimento variano. Ma se non vi servite dell'elettricità fornita dalla rete, allora tutta la questione del ritorno assume toni diversi, riducendosi a quanti watt per dollaro si producono e a come trarre beneficio dall'utilizzo di quell'energia per cambiare in qualche misura lo stile di vita.
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.
Questa è la cartina degli Stati Uniti. Questa è quella della Terra. Potete notare, al centro, una vasta area dove si concentra una grande fetta della popolazione mondiale: esistono delle possibilita' immense per l'energia solare. E, naturalmente, pensate all'Africa. La potenzialità di sfruttamento dell'energia solare lì è semplicemente incredibile, e mi entusiasma poter discutere delle possibili soluzioni da sviluppare a tale proposito.
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.
Concludendo, vorrei dire che l'esperienza mi ha insegnato che le idee del passato possono essere riviste in una luce nuova e che a volte idee che in passato furono scartate possono oggi essere valide se affiancate a nuove tecnologie o se si adottano nuovi approcci. Crediamo di essere molto vicini a qualcosa di valido ed affidabile. Il nostro obiettivo a breve termine è di costare la metà del prezzo delle celle solari e quello a lungo termine è di abbassare sotto i 5 anni i tempi di rientro dalle spese. Sotto i cinque anni, tutto questo diventerebbe immediatamente molto economico e non si tratterebbe più solo di voler fare una scelta energetica coscienziosa per voler possedere uno di questi. Sarebbe semplicemente sensato da un punto di vista economico. Al momento, i tempi di recupero d'investimento per il solare vanno dai 30 ai 50 anni. Se si scendesse sotto i cinque anni diventerebbe un gioco da ragazzi perché l'interesse sarebbe quello di possederlo: altri vi finanzierebbero e voi potreste, teoricamente, guadagnarci già dal primo giorno. Questo è il vero obiettivo primario della nostra azienda. Un altro paio di cose che ho appreso e che mi hanno molto sorpreso:
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 di queste è che non ci preoccupiamo molto dell'energia. Sono venuto, dall'ascensore sino a qui, a piedi e solo a guardare il palco, adesso, ci saranno almeno 20 fari da 500 watt. Significa 10000 watt di luce puntate sul palco; un cavallo vapore, a piena potenza, equivale a 756 watt. In pratica, è come se ci fossero 15 cavalli in piena corsa solo per illuminare il palco. Senza parlare dei 200 cavalli che presumibilmente corrono per far funzionare l'impianto di condizionamento. E poi, e' incredibile, uno entra in ascensore e trova la luce accesa. Chiaramente, adesso me la prendo molto a casa quando dimentichiamo le luci accese. Nondimeno, dappertutto si fa un uso smodato di energia
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.
dato che costa cosi' poco. Costa poco perché siamo stati sovvenzionati dall'energia concentrata dal sole. Fondamentalmente, il petrolio è energia solare concentrata. E' stato caricato per un miliardo di anni con energia immensa per far si che poi ne contenesse così tanta. Io credo che non abbiamo il diritto di consumarlo così rapidamente come stiamo facendo. Sarebbe ottimo se trovassimo il modo di rendere rinnovabile l'uso dell'energia, per cui, tanta energia consumiamo, altrettanta ne creiamo, e spero davvero che riusciremo a farlo. Molte grazie, siete stati un pubblico fantastico.
Thank you very much, you've been a great audience.
(Applausi)