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.
Gdy miałem 15 lat, po raz pierwszy zainteresowałem się energią słoneczną. Moja rodzina przeniosła się z Fort Lee w stanie New Jersey do Kalifornii i zamieniliśmy śnieg na mnóstwo ciepła i ropociągów. 1973 rok zapamiętałem jako racjonowanie benzyny Kryzys energetyczny w pełni.
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.
Zacząłem czytać "Popular Science", kiedy, zafascynowałem się możliwością rozwiązania kryzysu za pomocą energii słonecznej. Akurat uczyłem się o trygonometrii w liceum i dowiedziałem się co to jest parabola i jak umożliwia ona koncentrowanie promieni w jednym punkcie. Zafascynowało mnie to. Naprawdę czułem, że możnaby zbudować coś co skoncentruje światło. Więc otworzyłem firmę Solar Devices. To była firma, w której budowałem parabole, chodziłem do pracowni mechanicznej i pamiętam że budowałem tam parabole i silniki Stirlinga. Robiłem jeden na tokarce i ci wszyscy motocykliści podeszli i powiedzieli: "Robisz faję wodną, nie?" A ja na to: "Nie, to silnik Stirlinga, naprawdę!" Ale mi nie uwierzyli.
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.
Sprzedawałem plany silnika i talerza w ogłoszeniach magazynu Popular Science, po cztery dolary. Zarobiłem wystarczająco dużo, żeby zapłacić za pierwszy rok na Caltech. To było niesamowite, dostać się na Caltech. Na pierwszym roku dalej prowadziłem swoją firmę. Ale na drugim roku zaczęli oceniać. Cały pierwszy rok był na zasadzie zaliczył/nie zaliczył, ale na drugim już były oceny. Nie nadążałem z pracą w firmie i skończyłem z 25-letnią przerwą. Moim marzeniem była zamiana energii słonecznej po rozsądnej cenie, ale wtedy zdarzyła mi się ta wielka przerwa. Najpierw nauka na Caltech. Potem gdy skończyłem Caltech, wyszedł IBM PC i uzależniłem się od PC'ta w 1981. Potem w 1983 ukazał się 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.
i zwariowałem na punkcie Lotus 123. Zacząłem prowadzić moją firmę z 1-2-3, zacząłem pisać do niego dodatki, napisałem do 1-2-3 interfejs z językiem naturalnym. Otworzyłem firmę robiącą oprogramowanie edukacyjne po tym jak dołączyłem do Lotusa. I wtedy otworzyłem Idealab, żeby mieć dach, pod którym mógłbym wybudować kilka firm po kolei. Potem, dużo dużo później - w 2000-nym, całkiem niedawno, nowy kryzys energetyczny w Kalifornii -
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.
albo to co miało uchodzić za wielki kryzys - nadchodziło. I zastanawiałem się, czy jest coś co moglibyśmy zrobić, żeby na tym zarobić i dać ludziom energię zapasową na wypadek gdyby kryzys naprawdę przyszedł. Zastanawiałem się jak moglibyśmy budować akumulatorowe systemy zapasowe które dałyby ludziom 5 godzin, 10, może nawet cały dzień, albo i trzy dni zapasowej mocy. Cieszę się, że słyszeliście już dzisiaj, że baterie mają niesamowicie niską gęstość energetyczną w porównaniu do paliwa. W paliwie można przechować o wiele więcej energii niż w baterii. Trzebaby wypełnić całą przestrzeń w garażu akumulatorami, żeby mieć energii na zaledwie 4 godziny. I postanowiłem, po zbadaniu wszystkich pozostałych technologii, że możnaby wykorzystać do gromadzenia energii koła zamachowe, inne formy baterii... Ale przechowywanie energii po prostu było niepraktyczne. A co z wytwarzaniem energii?
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.
Może moglibyśmy ją po prostu wytwarzać? Rozmyślałem o tym - może energia słoneczna będzie dobra? To było 25 lat odkąd się tym zajmowałem, muszę wrócić i jeszcze raz spojrzeć co się dzieje z ogniwami słonecznymi. I cena zeszła z 10 dolarów za wat do około 4 lub 5 dolarów za wat, ale się ustabilizowała. A powinna być o wiele niższa, żeby była opłacalna. Przestudiowałem wszystkie nowości w zakresie ogniw słonecznych i szukałem miejsca na innowacje żeby robić ogniwa taniej. Wiele się obecnie dzieje w tym kierunku, ale i tak proces wymaga olbrzymich nakładów energii. Niektórzy nawet twierdzą, że zrobienie ogniwa wymaga więcej energii niż ono wytworzy przez całe swoje życie. Jeśli udałoby się zmniejszyć energię potrzebną do stworzenia ogniw, stałyby się bardziej praktyczne.
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.
Ale obecnie musimy zwykle wziąć krzem, wsadzić do pieca rozgrzanego do 870 stopni Celsjusza na 17 godzin, żeby stworzyc ogniwa. Wielu ludzi próbuje coś z tym zrobić, ale nie miałem nic do ulepszenia w tej dziedzinie. Więc próbowałem znaleźć inny sposób na tanie wytwarzanie prądu ze słońca. I wpadłem na pomysł - co jeśli skupimy słońce wielkim zwierciadłem - tak jak myślałem gdy byłem w liceum - ale może z obecną technologia moglibyśmy wykorzystać tańsze, wielkie zwierciadło, żeby skupić światło na małym konwerterze i wtedy konwersja nie byłaby taka droga, bo konwerter jest mniejszy niż ogniwa które muszą pokrywać całą powierzchnię z której chcesz zbierać światło. To wydawało się teraz praktyczne,
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.
ponieważ przez te 25 lat pojawiło się wiele nowych technologii. Po pierwsze było wiele nowych technik produkcji, nie wspominając już o naprawdę tanich miniaturowych silniczkach - bezszczotkowe, serwomotory, krokowe, są używane w drukarkach, skanerach itp. Więc, to jest przełom. Oczywiście tanie mikroprocesory oraz bardzo ważny przełom - algorytmy genetyczne. O algorytmach genetycznych będę mówił krótko.
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.
To bardzo efektywny sposób rozwiązywania trudnych problemów za pomocą doboru naturalnego. Bierzesz problem, którego nie da się rozwiązać samą matematyką, tworzysz ewolucyjny system do zgadywania wielu prób, dodajesz płeć - gdzie bierze się połowę jednego rozwiązania, połowę drugiego i robi nowe mutacje - i używasz doboru naturalnego żeby usunąć nienajlepsze rozwiązania. Zazwyczaj za pomocą algorytmu genetycznego na obecnych komputerach
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.
z procesorem 3 gigaherców można rozwiązać mnóstwo poprzednio trudnych problemów w ciągu kilku minut. Próbowaliśmy używać algorytmów genetycznych do stworzenia nowego rodzaju koncentratora. Pokażę wam do czego doszliśmy. Tradycyjnie, koncentratory wyglądają w ten sposób.
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.
Te kształty to parabole. Skupiają równoległe promienie w jednym punkcie. Muszą śledzić słońce, bo muszą być skierowane bezpośrednio na nie. Mają zwykle jeden stopień dobroci, co oznacza, że gdy są ustawione źle o jeden stopień, żaden z promieni nie trafi w punkt skupienia. Postanowiliśmy zrobić kolektor który nie musi śledzić, taki, który zbierałby światło z więcej niż jednego stopnia, bez ruchomych części. Stworzyliśmy algorytm genetyczny, żeby to wypróbował, zrobiliśmy w XL model wielopowierzchniowego zwierciadła, i niesamowite rzeczy dosłownie wyewoluowały, z biliona prób z funkcją przystosowawczą która określała jak można zebrać najwięcej światła, z jak największej ilości kątów, w ciągu dnia, ze słońca.
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.
A to jest kształt, który wyewoluował. To jest właśnie nieśledzący kolektor z tymi sześcioma trąbkami. Każda z nich zbiera światło w następujący sposób - Jeśli światło uderzy tutaj, może się odbić bezpośrednio do środka. Ale jeśli słońce nie jest w osi i dochodzi z boku, może się odbić w dwóch miejscach i wykonać dwa odbicia. Więc dla światła bezpośredniego jest jedno odbicie, dla światła z boku będą dwa, a dla dużych kątów mogą być trzy odbicia. Wydajność spada wraz z ilością odbić, ponieważ przy każdym traci się około 10 procent energii. Ale to pozwoiło nam na zbieranie światła z kąta plus-minus 25 stopni. Czyli ze stacjonarnym koncentratorem mogliśmy zebrać dwie i pół godziny z każdego dnia. Ale ogniwa słoneczne zbierają światło przez cztery i pół godziny.
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.
Przy przeciętnym dniu, ogniwo słonczne - ponieważ słońce porusza się po niebie - ogniwo słoneczne ma sinusoidalny wykres wydajności przy pochyleniu względem osi. Więc zbiera średnio cztery i pół godziny światła dziennie. Więc nawet to, mimo że było super bez ruchomych części - mogliśmy osiągać wysokie temperatury - nie wystarczyło. Musieliśmy być lepsi niż ogniwa słoneczne.
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.
Więc rozważyliśmy inny pomysł. Spróbowaliśmy rozbić parabolę na osobne płatki, które by śledziły słońce. Widzicie tutaj dwanaście osobnych płatków, z których każdy może być kontrolowany osobnym mikroprocesorem który kosztuje tylko dolara. Za jednego dolara można teraz kupić dwumegahercowy procesor. I można kupić silniki krokowe, które w praktyce się nie zużywają, bo nie mają szczotek. Za dolara. Możemy kontrolować wszystkie 12 płatków za poniżej 50 dolarów. A to pozwala nam zamiast przesuwać ciągle punkt skupienia, poruszać tylko płatkami.
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.
Cały system może mieć mniejsze rozmiary, ale możemy także zbierać światło przez sześć do siedmiu godzin dziennie. Teraz gdy już mamy skupione światło, co można by umieścić w środku żeby je przerobić na prąd? Sprawdziliśmy różne silniki cieplne używane w różnych czasach żeby przerobić światło lub ciepło na prąd. Jeden z najlepszych silników wszechczasów, silnik parowy James'a Watt'a z 1788 roku, był dużym przełomem. James Watt tak naprawdę nie wymyślił silnika parowego, tylko go ulepszył. Ale jego ulepszenia były niesamowite. Dodał nowe liniowe suwnice do tłoków, dodał skraplacz, żeby chłodzić parę poza cylindrem, przerobił silnik na dwutaktowy, podwajając moc.
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.
To były duże zmiany. Chodzi o te wszystkie ulepszenia, które zrobił - więc nazwanie jednostki energii (wata) jego nazwiskiem jest usprawiedliwione. Więc sprawdziliśmy jego silnik i miał trochę możliwości. Silniki parowe są niebezpieczne, i, jak wiecie, miały olbrzymi wpływ na cały świat - rewolucja przemysłowa, statki, lokomotywy... Ale zwykle najlepsze są te duże, więc nie są zbyt dobre do rozproszonego wytwarzania prądu. Ale działają pod wysokim ciśnieniem, więc są niebezpieczne.
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.
Innym typem silnika jest silnik na gorące powietrze. I on także nie został wymyślony przez Roberta Stirlinga, ale Robert Stirling w 1816 bardzo go ulepszył. Ten silnik był naprawdę interesujący. Ponieważ działał jedynie z powietrzem, bez pary, doprowadził do wielu pomysłowych rozwiązań wykorzystujących zasadę działania silnika Stirlinga.
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.
Po silniku Stirlinga był Otto, i on także nie wymyślił silnika spalinowego, po prostu go ulepszył. Pokazał go w Paryżu w 1867, i to było duże osiągnięcie bo gęstość mocy silnika była o wiele wyższa. Można było teraz uzyskac o wiele więcej mocy z mniejszej przestrzeni a to pozwoliło na używanie silnika w zastosowaniach mobilnych. Więc, jak już ma się mobilność, robi się wiele silników ponieważ masz wiele jednostek, w przeciwieństwie do statków parowych lub fabryk, gdzie nie ma tak dużo jednostek więc to był silnik, który naprawdę zyskał na masowej produkcji gdzie inne silniki nic nie zyskały.
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.
Ponieważ wszedł do masowej produkcji, koszty spadły, 100 lat ulepszeń, spaliny zostały ograniczone, olbrzymia wartość produkcyjna. Zbudowano setki miliardów silników spalinowych, w porównaniu do tysięcy silników Stirlinga. I nie robiono wielu małych silników parowych, jedynie duże do dużych przedsięwzięć. Więc po sprawdzeniu tych trzech i 47 innych, stwierdziliśmy, że silnik Stirlinga byłby najlepszy do naszych celów. Chciałbym pokazać krótki opis jak to sprawdzaliśmy i jak on działa.
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.
Próbowaliśmy spojrzeć na silnik Stirlinga w nowy sposób, ponieważ to było praktyczne, waga nie była tak ważna przy naszym zastosowaniu. Silniki spalinowe przyjęły się, bo waga była ważna, bo trzeba się było z nimi poruszać. Ale jeśli chcesz generować energię słoneczną cały czas w jednym miejscu waga nie jest aż tak ważna. Inną sprawą było odkrycie, że wydajność nie jest ważna,
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.
jeśli twoja energia jest za darmo. Zwykle wydajność jest sprawą kluczową, ponieważ koszty paliwa są o wiele większe niż koszt silnika w ciągu całego jego życia. Ale jeśli twoje paliwo jest za darmo, jedyną rzeczą która się liczy jest sam koszt stworzenia silnika. Dlatego nie chcesz optymalizować dla wydajności, chcesz optymalizować dla mocy na każdy dolar. Używając tego nowego kryterium,
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.
stwierdziliśmy że moglibyśmy ponownie przyjrzeć się silnikowi Stirlinga i zastosować też algorytmy genetyczne. Robert Stirling nie miał niestety przed sobą Gordona Moore'a który dał nam trzy gigaherce mocy procesora. Więc użyliśmy tego samego algorytmu genetycznego co wcześniej do zrobienia koncentratora, który dla nas nie zadziałał, żeby zoptymalizować silnik Stirlinga. I żeby dostosować jego wymiary i najważniejsze wielkości do najlepszego optimum mocy za dolara, nie ważne jaka waga ani rozmiar, żeby skonwertować jak najwięcej energii słonecznej, ponieważ słońce jest za darmo. A teraz pokażę wam jak działa ten silnik. Najprostszy silnik cieplny wszechczasów
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.
wyglądałby tak: pudełko, metalowa puszka z tłokiem. Podłóż płomień, tłok porusza się w górę. Zabierz płomień i polej wodą, lub inaczej ochłodź, tłok porusza się w dół. To jest właśnie silnik cieplny. To jest w zasadzie najbardziej podstawowy silnik cieplny jaki można mieć. Problem jest taki, że wydajność to jedna setna procenta. Ponieważ ogrzewasz metal cylindra a potem go chłodzisz za każdym razem. A moc pobierasz tylko z tego powietrza ogrzewanego w tym samym czasie, ale tracisz energię na rozgrzewanie i chłodzenie metalu.
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.
Więc ktoś wpadł na bardzo mądry pomysł, żeby - zamiast ogrzewać i chłodzić cały cylinder, co jeśli wstawimy tam suwak - mały element, który chodzi tam i z powrotem. Można go przesuwać w górę i w dół małą ilością energii, ale teraz tylko przesuwasz powietrze do ciepłego a potem do zimnego końca, do ciepłego i znowu do zimnego końca. Więc teraz nie ogrzewasz i chłodzisz na przemian metalu, tylko ogrzewasz i chłodzisz powietrze. To pozwala na podniesienie wydajności z setnej części procenta do około dwóch procent.
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.
Ale wtedy Robert Stirling wpadł na ten genialny pomysł, że teraz co prawda nie ogrzewa się metalu, ale ciągle ponownie ogrzewam całe to powietrze. Ciągle je ogrzewam i chłodzę za każdym razem. Co jeśli włożyłbym pomiędzy cieplną gąbkę, w miejscu gdzie powietrze musi się przemieścić pomiędzy ciepłem i zimnem? Więc robił drobne druciki, tłuczone szkło, i różne inne materiały na swoją gąbkę cieplną. Gdy powietrze porusza się z ciepłego do zimnego końca, zostawia część ciepła w gąbce. A gdy powraca po schłodzeniu, znowu pobiera ciepło. Więc używasz ponownie swojej energii pięć do sześciu razy. a to podnosi sprawność do około 30-40 procent. To mało znane, ale genialne rozwiązanie Roberta Stirlinga które zmienia silnik na ciepłe powietrze z niezbyt praktycznego - jak się przekonałem robiąc prostą wersję w liceum - w całkiem praktyczny, gdy masz wyższą wydajność, jeśli twój projekt jest odpowiednio tani. Postanowiliśmy spróbować zrobić jak najtańszy.
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.
Zrobiliśmy olbrzymi matematyczny model działania silnika Stirlinga. Zastosowaliśmy algorytm genetyczny. Dostaliśmy wyniki dla najbardziej optymalnego silnika. Zbudowaliśmy te silniki - 100 różnych silników w ciągu ostatnich dwóch lat. Sprawdzaliśmy każdy z nich i dostosowywaliśmy model do tego co zmierzyliśmy, i doszliśmy w końcu do obecnego prototypu. Doprowadziło to do bardzo małego, taniego silnika. Tak wygląda ten silnik. Pokażę wam jak wygląda na żywo.
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.
Oto ten silnik. To jest jedynie mały cylinder tu na dole, w którym jest generator i połączenia a to jest gorący cylinder na górze - ta część robi się gorąca, a ta zimna, i wychodzi elektryczność. Dokładne przeciwieństwo także zachodzi. Jeśli włożysz elektryczność, to zrobi się gorące, a to zimne, masz chłodzenie. Czyli to jest całkowicie odwracalny cykl, bardzo wydajny i całkiem prosty do zrobienia. Teraz dodajesz do siebie te dwie rzeczy.
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.
Masz silnik, co jeśli połączysz płatki i silnik w środku? Płatki śledzą słońce a silnik dostaje skupione promienie słoneczne, pobiera to ciepło i zmienia je w prąd. Tak wyglądał nasz pierwszy prototyp, razem z płatkami i silnikiem w środku. To działa na słońce, a teraz chcę wam pokazać jak w to wygląda w rzeczywistości.
(Applause)
(Aplauz)
Thank you.
Dziękuję.
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.
Oto jednostka z 12 płatkami. Każdy z nich kosztuje po dolarze - lekkie, wtryskiwany plastic, pokryty aluminium. Mechanizm kontrolujący każdy z płatków jest poniżej, z mikroprocesorem na każdym. Na silniku są termopary - małe czujniki, które wykrywają ciepło gdy padnie na nie światło słoneczne. Każdy z płatków dostosowuje się oddzielnie żeby utrzymać jak najwyższą temperaturę. Gdy słońce wschodzi, płatki szukają słońca, znajdując je gdy wykryją najwyższą temperaturę. Około minutę lub dwie po tym gdy słońce padnie na gorący cylinder, silnik będzie wystarczająco nagrzany, żeby wystartować i będzie generować prąd przez około sześć i pół godziny dziennie - sześć i pół do siedmu podczas gdy słońce porusza się po niebie. Najważniejszą dla nas rzeczą było to,
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.
że mamy te naprawdę tanie mikroprocesory i każdy z tych płatków jest samodzielny, i każdy z nich wykrywa gdzie jest słońce bez interwencji użytkownika. Więc nie trzeba ustawiac długości i szerokości geograficznej, nie trzeba ustawiać jaki jest kąt nachylenia dachu, nie trzeba ustawiać kierunku. Nie przejmuje się tym. On po prostu szuka najgorętszego miejsca, szuka ponownie po pół godziny, szuka ponownie dzień później. i miesiąc później w zasadzie samodzielnie stwierdza gdzie na ziemi jesteś po prostu patrząc jak przemieszcza się słońce, więc nie trzeba tego wprowadzać.
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.
Jednostka działa w taki sposób, że gdy wychodzi słońce, silnik się włączy i masz prąd. Mamy zmienny, stały, przy czym stały wytwarza 12V, więc można byłoby tego używać do pewnych zastosowań. Mamy inwerter, więc możesz mieć 117 volt prądu zmiennego, masz też ciepłą wodę. Ciepła woda jest opcjonalna. Nie musisz jej używać, samo się schłodzi. Ale możesz go używac do podgrzewania gorącej wody a to jeszcze bardziej podnosi wydajność, bo część ciepła, które normalnie byłoby wyrzucane, teraz możesz wykorzystać do basenu lub ciepłej wody.
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.
Pokażę wam krótki filmik obrazujący jak to działa. To jest pierwszy test, gdy wzięliśmy go na zewnątrz i każdy z płatków osobno szukał słońca. Na początku wykonują duże przesunięcia, a potem już tylko drobne. Gdy już mają na termoparze odczyt sugerujący że znalazły słońce, zwalniają i szukają dokładniej, gdy już wszystkie płatki wejdą na pozycję, silnik startuje. Pracowaliśmy nad tym ostatnie dwa lata.
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.
Jesteśmy zadowoleni z postępów, ale przed nami jeszcze długa droga, i opowiem wam o niej troszeczkę. Tak według nas wyglądałoby to zamontowane na domku prawdopodobnie byłaby więcej niż jedna sztuka na dachu. Mogłaby być na dachu, w ogrodzie lub gdzie indziej. Nie musisz mieć wystarczająco dużo żeby zasilić cały dom, po prostu oszczędzasz pieniądze po dodaniu każdej sztuki.
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.
Więc możesz nadal korzystać z sieci elektrycznej, aby była zasilaniem zapasowym - oczywiście nie da się używać tych silników w nocy, ani w pochmurne dni. Ale redukując twoje zużycie energii, głównie w czasie szczytu - gdy włącza się klimatyzacja lub w podobnych przypadkach - ta jednostka generuje najwięcej mocy w czasie największego zużycia, więc bardzo w ten sposób się przydaje. Tak według nas wyglądałoby to zamontowane na dachu domu.
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.
Sądzimy, że są tu duże możliwości dla farm energetycznych szczególnie w odległych miejscach, gdzie zdarza się dużo słońca. To jest naprawdę dobre połączenie tych dwóch czynników. Wychodzi na to, że na świecie jest mnóstwo miejsc z dużym nasłonecznieniem, ale w specjalnych miejscach zamontowanie tych jednostek jest bardzo tanie także w wielu miejscach gdzie jest dużo energii wiatrowej. Na przykład, to jest mapa Stanów Zjednoczonych. W zasadzie wszędzie gdzie nie jest zielone lub niebieskie to idealne miejsce, ale nawet zielone i niebieskie miejsca są dobre, ale nie tak dobre jak te czerwone, pomarańczowe i żółte. Ale to gorące miejsce w okolicach Las Vegas i Doliny Śmierci jest bardzo, bardzo dobre. To wszystko wpływa na okres zwrotu kosztów, Nie oznacza to, że nie mógłbyś korzystać z energii elektrycznej, można z niej korzystać na całej ziemi. To po prostu wpływa na czas zwrotu kosztów, jeśli porównywać do zasilania z sieci energetycznej. Ale jeśli nie masz jej nigdzie w pobliżu, cała kwestia zwrotu kosztów nie ma racji bytu. Zostaje tylko ile watów masz na każdy dolar, i jak mógłbyś wykorzystać tą moc żeby w jakiś sposób zmienić swoje życie.
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.
To jest mapa Stanów Zjednoczonych. To jest mapa całej Ziemi i znowu widać spory kawałek w środku gdzie zwykle jest najwięcej ludzi, jest tam naprawdę dużo możliwości dla energii słonecznej. No i oczywiście spójrzcie na Afrykę. To niewiarygodne ile można tam uzyskać z energii słonecznej, i jestem podekscytowany, że możemy znaleźć sposoby na wykorzystanie tego.
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.
Podsumowując, powiedziałbym, że moje doświadczenia pokazały mi, że można spojrzeć na stare pomysły w nowym świetle, i czasami pomysły, które zostały odrzucone mogą być teraz praktyczne, jeśli użyjemy nowych technologii i metod. Wierzymy, że dochodzimy do czegoś co jest praktyczne i niedrogie. Nasz pierwszy cel, to zrobienie aby ta jednostka kosztowała połowę tego co ogniwa słoneczne a nasz następny cel, to żeby okres zwrotu wynosił mniej niż pięć lat. Przy zwracaniu się w ciągu poniżej 5 lat, nagle to staje się bardzo ekonomiczne. Więc nie musisz już tylko mieć dobrego samopoczucia, że oszczędzasz energię, żeby chcieć mieć coś takiego. To po prostu ma sens ekonomiczny. W tej chwili okres zwrotu ogniw słonecznych wynosi 30 do 50 lat. Jeśli uda się to zmniejszyć do poniżej 5 lat, koszty nie mają znaczenia, ponieważ ktoś inny sfinansuje udziały, a ty możesz po prostu na tym zarabiać od pierwszego dnia. To jest nasz najważniejszy cel, który próbujemy osiągnąć w naszej firmie. Dwie inne zaskakujące rzeczy, których się nauczyłem, to
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.
jak bardzo spowszedniała nam energia. Szedłem tutaj z windy, i nawet patrząc teraz na scenę - prawdopodobnie jest tu teraz dwadzieścia 500-watowych świateł. 10 tysięcy watów światła oświetla scenę, jeden koń mechaniczny to 756 watów, przy pełnej mocy. Czyli w zasadzie 15 koni biega z pełną prędkością, żeby tylko oświetlić scenę. Nie wspominając o 200 koniach, które prawdopodobnie gdzieś tam biegają żeby podtrzymywać klimatyzację. To niesamowite, wchodzisz do windy, a w środku pali się światło. Oczywiście teraz jestem bardzo uczulony gdy przez przypadek zostawiamy światło włączone w domu. Ale ciągle wokół mamy nienasycony głód energii
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.
bo jest tak tania. A jest tania, ponieważ jest subsydiowana przez energię zgromadzoną ze słońca. W zasadzie ropa to skoncentrowana energia słoneczna. Ziemia była bombardowana miliardy lat dużą ilością energii żeby zachować całą tą energię w ropie. I według mnie nie mamy prawa naturalnego, żeby tak po prostu zużywać ją tak szybko jak to robimy. Byłoby wspaniale, gdybyśmy znaleźli jakiś sposób, żeby nasze zużycie energii było odnawialne, gdzie używamy energii w takim samym tempie w jakim ją produkujemy, mam nadzieję że naprawdę do tego dojdziemy. Dziękuję wam bardzo, byliście wspaniałą widownią.
Thank you very much, you've been a great audience.
(Aplauz)