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.
Chiar de la vârsta de 15 ani, când am început sa fiu interesat de energia solară Familia mea s-a mutat din Fort Lee, New Jersey în California, și ne-am mutat din tărâmul zăpezilor la căldură și cozi la benzină. Benzina se raționaliza în 1973. Criza energetică era în plină amploare.
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.
Am început să citesc revista "Popular Science", și am fost fascinat de potențialul energiei solare pentru a încerca rezolvarea acelei crize. Abia ce făcusem trigonometrie în liceu, Am învațat despre parabole și cum aceasta poate concentra razele luminii într-un singur punct. Asta mi-a stârnit interesul foarte mult. Și chiar am simțit că ar exista potențial în construirea unui dispozitiv capabil să concentreze lumina. Așadar, am înfiinţat această firmă pe nume Solar Devices. La această firmă construiam parabole, Am urmat un curs de prelucrare al metalelor şi îmi aduc aminte că intram în atelier şi construiam parabole şi motoare Stirling Şi construiam acest motor Stirling la strung şi toţi bikerii şi motocicliştii au venit şi au spus, "Construieşti o narghilea , nu-i aşa?" Iar eu am spus, "Nu, este un motor Stirling. Chiar asta este." Dar ei nu m-au crezut
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.
Am vândut planurile pentru acest motor şi pentru aceasta parabolă pe spatele revistei Popular Science, pentru patru dolari fiecare. Şi am câştigat destui bani să îmi pot plăti primul meu an de la Caltech A fost un entuziasm foarte mare pentru mine să intru la Caltech. Şi în primul meu an la Caltech, am continuat afacerea. Dar apoi, în al doilea an la Caltech, au început să pună note. Tot anul întâi, notarea a fost pe bază de admis/respins, dar în anul doi se puneau note. Nu am fost în stare să ţin pasul cu afacerea şi am ajuns să fac un ocol de 25 de ani Visul meu a fost acela de a converti energia solară, la un cost foarte practic, dar apoi am avut acest mare ocol În primul rând, cursurile la Caltech. Apoi, când am absolvit de la Caltech, a ieşit pe piaţă PC-ul IBM, şi am ajuns dependent de PC-ul IBM în 1981. Şi apoi în 1983, Lotus 1-2-3 a ieşit,
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.
si am fost complet uimit de Lotus 1-2-3. Am început să rulez afacerea mea cu 1-2-3, am început să scriu programe adiţionale pentru 1-2-3, am scris o interfaţă a limbajului natural pentru 1-2-3. Am început o companie de software educaţional după ce m-am alăturat la Lotus Şi apoi am pornit Idealab, ca să pot avea un acoperiş sub care să pot construi mai multe companii în succesiune Apoi, mult mult mai târziu - în anul 2000, foarte recent, nouă criză de energie în California --
Much later -- in 2000, very recently -- the new California energy crisis -- what was purported to be a big energy crisis -- was coming. And I was trying to figure out if we could build something that would capitalize on that and get people backup energy, in case the crisis really came. And I started looking at how we could build battery backup systems that could give people five hours, 10 hours, maybe even a full day, or three days' worth of backup power. I'm glad you heard earlier today, batteries are unbelievably -- lack density compared to fuel. So much more energy can be stored with fuel than with batteries. You'd have to fill your entire parking space of one garage space just to give yourself four hours of battery backup. And I concluded, after researching every other technology that we could deploy for storing energy -- flywheels, different formulations of batteries -- it just wasn't practical to store energy. So what about making energy? Maybe we could make energy.
sau ce s-a presupus a fi o mare criză de energie - urma sa vină. Iar eu încercam să îmi dau seama dacă există vreo cale să construim ceva care s-ar valorifica în urma acestei crize şi să încercăm să aducem oamenilor energie de rezervă, în cazul în care criza venea cu adevărat. Şi am început să mă gândesc la cum am putea construi sisteme de rezervă ce ar putea oferi oamenilor cinci ore, zece ore, poate chiar o zi întreagă sau 3 zile de energie de rezervă. Mă bucur că aţi auzit mai devreme astăzi, că bateriile sunt energie incredibilă - lipsită de densitate, comparativ cu combustibilul. Aşa că mult mai multă energie poate fi stocată cu combustibil decât cu baterii. Ar fi nevoie să umpli un întreg spaţiu de parcare al unui garaj doar pentru a-ţi oferi patru ore de energie de rezervă pe bază de baterii. Şi am concluzionat, după ce am cercetat orice altă tehnologie că am putea implementa stocarea de energie -- roţi volante, diferite formule de baterii -- pur şi simplu nu era practică stocarea energiei. Dar crearea energiei?
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.
Poate am putea face energie. Am încercat să-mi dau seama, poate energia solară a devenit atractivă. Au trecut 25 de ani de când făceam asta, o să mă întorc să văd ce s-a mai întâmplat cu celulele solare. Şi preţul a scăzut de la 10 dolari un watt la aproximativ patru sau cinci de dolari pe watt, dar s-a stabilizat. Şi chiar trebuia să fie mult mai ieftin de atât pentru a fi rentabile. Am studiat toate lucrurile noi ce au avut de-a face cu celulele solare şi am încercat să caut modalităţi pentru a le inova şi pentru a face celulele solare mai ieftine. Există o mulţime de lucruri noi care se petrec pentru a face acest lucru, dar fundamental, procesul necesită o cantitate imensă de energie. Unii oameni chiar spun că este nevoie de mai multă energie pentru a face o celulă solară decât va produce pe toată durata sa de viaţă. Sperăm ca prin reducerea cantităţii de energie necesară fabricării celulelor, totul să devină mai practic.
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.
Dar deocamdată, în principiu, trebuie să iei siliciu, să îl pui într-un cuptor la 871 de grade Celsius timp de 17 ore, pentru a produce celule. O mulţime de oameni lucrează la modalităţi de a reduce asta, dar eu nu am contribuit cu nimic în această zonă. Aşa că am încercat să îmi dau seama în ce alt mod putem încerca să facem energia solară rentabilă. Şi am avut o idee , dacă am colecta soarele cu un reflector mare, cum mă gândeam tocmai atunci, când eram în liceu, dar poate, cu energia modernă, am putea face un colector mai mare şi mai ieftin şi să îl concentrăm pe un convertor mic, apoi aparatul de conversie nu ar mai fi aşa de scump, pentru că este mai mic, comparativ cu celulele solare, care ar avea acoperire pe toată zona din care vrei să aduni raze solare. Asta părea practic acum,
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.
pentru că o mulţime de noi tehnologii au venit în cei 25 de ani de când m-am gândit ultima oară la asta. În primul rând, erau o mulţime de tehnici noi de fabricaţie, fără a mai menţiona, motoare în miniatură extraordinar de ieftine, motoare fără perii, servo motoare, motoare pas cu pas, care sunt folosite în imprimante, scanere şi lucruri de genul asta. Deci, acesta este un progres. Desigur , microprocesoarele ieftine iar apoi un progres foarte important - algoritmii genetici. Vă voi explica pe scurt ce sunt algortimii 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.
Este un mod puternic de soluţionare a problemelor greu de rezolvat folosind selecţia naturală. Iei o problemă pe care nu o poţi rezolva cu un răspuns pur matematic, şi construieşti un sistem evoluţionar pentru a încerca multiple variante de încercare, adaugi sex -- unde adaugi jumătate dintr-o soluţie şi jumătate din altă soluţie si apoi creezi noi mutaţii -- apoi foloseşti selecţia naturală pentru a elimina soluţiile mai puţin bune. De obicei, cu un algoritm genetic pe un computer, în ziua de azi,
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.
cu un procesor de 3 gigaherţi poţi rezolva multe probleme care înainte erau greu de rezolvat, în doar câteva minute Am încercat să găsim un mod de a folosi algoritmi genetici pentru a crea un nou tip de concentrator. Şi o să vă arăt ce a ieşit. În mod normal, concentratoarele arată aşa.
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.
Acele forme sunt parabole. Ele iau toate razele paralele şi le concentrează într-un singur punct. Ele trebuie să urmărească soarele, pentru că ele trebuie să fie îndreptate direct spre soare. De obicei, au marja de eroare de aproximativ un grad, însemnând că odată ce sunt dezaxate cu mai mult decat un grad, niciuna dintre razele soarelui nu va lovi focarul. Aşa că am încercat să facem un colector fără urmărire, un colector care ar aduna mult mai mult decât un grad de lumină, şi fără părţi mobile. Aşa că am creat acest algoritm genetic pentru a testa această idee, am făcut un model în XL al unui reflector cu suprafeţe multiple, şi un lucru uluitor a evoluat, literalmente a evoluat, după ce au fost încercate un miliard ce cicluri, un miliard de tentative diferite, cu o funcţie fitness care a definit cum poţi aduna cea mai multă energie, din cele mai multe unghiuri, în decurs de o zi, de la soare.
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.
Şi aceasta este forma care a evoluat. Acest colector, fără urmărire, cu aceste 6 hornuri ca de tubă, şi fiecare din ele colectează lumină în felul următor -- dacă raza soarelui loveşte aici, poate sări chiar în centru, către focar, în mod direct, dar dacă soarele nu este pe axă şi razele sale bat dintr-o parte, poate lovi două locuri şi poate face două salturi. Aşa că, pentru lumină directă face un singur salt, pentru lumină dezaxată poate face două, iar dacă este dezaxată extrem, poate face trei salturi. Eficienţa scade odată cu creşterea numărului de salturi, deoarece pierzi 10 la sută cu fiecare salt, dar asta ne permite să colectăm lumină de la un unghi de plus/minus 25 de grade. Deci, pentru aproximativ două ore şi jumătate din zi, putem colecta cu o componentă staţionară. Totuşi, celulele solare colectează lumină timp de patru ore şi jumătate.
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.
Într-o zi obişnuită, o celulă solară -- pentru că soarele se mişcă pe cer, celula solară pierde din performanţe după o funcţie sinusoidală la unghiurile dezaxate. Adună aproximativ patru ore şi jumătate de lumină pe zi. Şi chiar aşa, cu toate că mergea bine fără componente mobile, puteam atinge temperaturi mari -- dar nu era deajuns. Trebuia să întrecem celulele solare.
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.
Aşa că ne-am orientat către o altă idee. Am căutat un mod de a împărţi parabola în petale individuale care ar urmări razele solare. Deci ceea ce vedeţi aici sunt 12 petale separate, care pot fi controlate folosind microprocesoare individuale ce ar costa doar un dolar. Poţi cumpăra un microprocesor de doi megaherţi cu un dolar acum. Şi poţi cumpăra motoare pas cu pas care nu se uzează aproape niciodată pentru că nu au perii, pentru un dolar. Putem controla toate cele 12 petale pentru mai puţin de 50 de dolari şi asta ne-ar scuti de mişcarea focarului, ci doar să mişcăm petalele.
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.
Tot sistemul ar fi mai discret, şi am putea aduna raze solare de la 6 ore şi jumătate până la 7 ore pe zi. Acum că avem raze solare concentrate, ce o să punem în mijloc pentru a transforma razele solare în energie? Aşa că ne-am documentat de diverse motoare termice ce au fost folosite de-a lungul istoriei pentru a transforma razele solare în electricitate sau căldura în electricitate. Şi unul din cele mai bune ale tuturor timpurilor, motorul cu abur al lui James Watt din 1788 a fost un mare, mare progres. James Watt nu a inventat motorul cu aburi, doar l-a perfecţionat. Dar, perfecţionările sale au fost incredibile. A adăugat ghiduri pentru mişcarea liniară la pistoane, a adăugat un condensator pentru a răci aburul ce iese din cilindru, a făcut motorul cu funcţie dublă, aşa că i-a dublat puterea.
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.
Acelea erau mari progrese. Vreau să spun că toate îmbunătăţirile pe care le-a făcut -- şi este justificat faptul că unitatea de măsură pentru energie în zilele noastre, watt-ul, este numit după el. Aşa că ne-am uitat la acest motor, şi avea ceva potenţial. Motoarele cu aburi sunt periculoase, şi au avut un impact enorm asupra lumii, după cum ştiţi -- revoluţia industrială şi nave şi locomotive. Dar de obicei e bine să fie mari, deci nu sunt prea bune la generarea energiei distribuite. De asemenea sunt sub foarte mare presiune, deci sunt foarte periculoase.
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.
Alt tip de motor este motorul cu aer cald. Şi motorul cu aer cald, de asemenea, nu a fost inventat de Robert Stirling, dar Robert Stirling l-a îmbunătăţit radical în 1816. Acest motor, era foarte interesant, funcţiona doar pe aer, fără abur, a dus către sute de proiecte creative de-a lungul anilor care folosesc principiul motorului 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.
Dar după motorul Stirling, a apărut Otto, iar asemănător, el nu a inventat motorul cu combustie internă , doar l-a îmbunătăţit. L-a prezentat în Paris în 1867 şi a fost o mare realizare pentru că a ridicat foarte mult performanţele motorului. Astfel, puteai obţine mai multă putere într-un spaţiu mult mai mic şi asta a permis motorului să fie folosit în aplicaţii mobile. Aşa că, odată ce ai mobilitate, acum faci multe motoare pentru că ai multe unităţi, spre deosebire de nave cu aburi sau fabrici mari, unde nu produci la fel de multe unităţi, însemnând că acesta a fost motorul care s-a bucurat, în cele din urmă, de producţia în masă unde toate celelalte motoare nu au avut nimic de câştigat.
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.
Din cauza faptului că a fost produs în masă, costurile au fost reduse, 100 de ani de îmbunătăţiri, emisiile au fost reduse, valoare de producţie enormă. Au fost construite sute de milioane de motoare cu combustie internă, în comparaţie cu miile de motoare Stirling construite. Şi nu se mai construiesc aşa de multe motoare cu aburi de dimensiuni mici, doar cele mari pentru operaţiuni de proporţii. Iar după ce ne-am uitat la acestea trei şi alte 47 de tipuri de motoare, am ajuns la concluzia că motorul Stirling ar fi cel mai potrivit. Vreau să vă explic pe scurt, cum ne-am uitat la el şi cum funcţionează.
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.
Am încercat să privim motorul Stirling într-un alt mod, din cauza faptului că era practic -- greutatea nu mai era o problemă pentru aplicaţia noastră. Motorul cu combustie internă s-a lansat deoarece greutatea conta pentru că te mişcai. Dar, dacă încerci să generezi energie solară într-un loc static. greutatea nu mai contează atât de mult. Alt lucru pe care l-am descoperit este că eficienţa nu contează atât de mult
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.
dacă sursa ta de energie este gratuită. În mod normal, eficienţa este crucială deoarece costul combustibilului pe durata de viaţă a motorului, depăşeşte cu mult costul motorului. Dar dacă sursa ta de combustibil este gratis, atunci singurul lucru care contează este doar preţul capital al motorului. Deci nu vrei să optimizezi pentru eficienţă, vrei să optimizezi pentru energie pe dolar. Astfel, folosindu-ne de această nouă schimbare, cu noile criterii,
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.
ne-am gândit că am putea să ne mai uităm odată la motorul Stirling, şi să apelăm la algorimii genetici. Practic, Robert Stirling nu l-a avut pe Gordon Moore înaintea lui pentru a face rost de puterea unui procesor de trei gigaherţi. Aşa că am luat acelaşi algoritm genetic care l-am folosit mai devreme pentru a face acel concentrator, care nu a fost bun pentru noi, pentru a optimiza motorul Stirling. Şi a crea mărimile de design şi dimensiunile propriu-zise la un nivel optim pentru a acumula cea mai multă energie pe dolar, indiferent de greutate, indiferent de mărime, pentru a transforma cât mai multă energie solară, fiindcă lumina soarelui este gratuită. Şi acesta este procesul pe care l-am ales -- permiteţi-mi să vă arăt cum funcţionează motorul. Cel mai simplu motor termic sau motor cu aer cald al tuturor timpurilor
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.
ar fi acesta -- iei o cutie, o canistră de oţel cu un piston. Pui o flacără sub el, pistonul se ridică. Îl iei de pe flacără, pui apă pe el sau îl laşi să se răcească, pistonul coboară. Acesta este un motor termic. Practic, este cel mai simplu motor termic pe care l-ai putea face. Problemă este că eficienţa este o sutime din unu la sută, pentru că încălzeşti tot metalul camerei apoi răceşti tot metalul camerei de fiecare dată. Şi obţii energie doar de la aerul care se încălzeşte în acelaşi timp, dar risipeşti toată energia încălzind şi răcind metalul.
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.
Astfel încât, cineva a avut o idee foarte inteligentă, ca în loc să încălzeşti tot cilindrul, apoi să răceşti tot cilindrul ce ar fi dacă ai pune un dezlocuitor înăuntru -- o chestie mică care transportă aerul înainte şi înapoi. Îl mişti în sus şi în jos cu puţină energie dar acum doar mişti aerul în jos către capătul cald şi în sus către capătul rece, jos la capătul cald şi sus la capătul rece. Deci acum nu mai încălzeşti şi răceşti metalul alternativ, doar încălzeşti şi răceşti aerul. Asta permite creşterea eficienţei de la o sutime din unu la sută la două procente.
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.
Apoi, Robert Stirling a venit cu această idee ingenioasă, care a fost, ei bine, nu încălzesc metalul acum cu acest tip de motor , dar tot incălzesc tot aerul. Tot încălzesc aerul de fiecare dată apoi îl răcesc de fiecare dată. Ce ar fi dacă aş pune un burete termic în mijloc, în trecerea unde aerul trebuie să se mişte între cald şi rece? Aşa că a făcut fire subţiri şi cioburi de sticlă, şi alte materiale pentru a face un burete de căldură. Astfel, când aerul împinge în sus pentru a ajunge din capătul cald în capătul rece transferă nişte căldură în burete. Apoi, cănd revine aerul după ce a fost răcit ia ceva din căldura respectivă din nou. Deci refoloseşti energia de cinci sau sase ori şi asta ridica eficienţa undeva între 30 şi 40 la sută. Este putin cunoscuta, dar brilianta, invenţie genială a lui Robert Stirling, care ia motorul de aer cald ce este putin nepractic -- cum am descoperit când am făcut varianta foarte simplificată în liceu -- de la potenţial foarte posibil, odată ce îi ridici eficienţa, dacă poţi proiecta asta încât să fie îndeajuns de ieftin. Şi am pornit pe un drum pentru a încerca să îl facem cât se poate de ieftin.
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.
Am construit un model matematic imens despre cum merge motorul Stirling. Am aplicat algoritmul genetic. Am primit de aici rezultatele pentru motorul optim. Am construit motoare -- şi am construit 100 de modele diferite în ultimii doi ani. L-am măsurat pe fiecare, am readaptat modelul la ce am măsurat, şi am ajuns treptat la prototipul actual. A dus către un motor, ieftin şi compact. Şi aşa arată motorul. Să vă arăt cum arată în realitate.
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.
Deci, acesta este motorul. Este doar un mic cilindru aici jos, care ţine înăuntru generatorul şi toate legăturile şi este capul cald -- cilindrul cald din vârf -- partea asta devine caldă, partea asta devine rece, şi iese curent electric. Contrariul este deasemeni adevărat. Dacă introduci curent electric, acesta se va încălzi şi acesta se va răci, obţii refrigeraţie. Deci este un ciclu complet reversibil, un ciclu foarte eficient şi un lucru uşor de făcut. Şi acum le punem pe aceste două împreună.
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.
Şi aveţi motorul, şi acum, ce ar fi dacă combinăm petalele cu motorul în centru. Petalele urmăresc şi motorul primeşte raze solare concentrate, iau acea căldură şi o transformă în curent electric. Aşa arăta primul prototip al sistemului nostru, cu tot cu petale şi motorul în mijloc. Acesta este utilizat afară la soare, acum vreau să vă arăt cum arată de fapt aparatul real.
(Applause)
(Aplauze)
Thank you.
Vă mulţumesc.
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.
Această unitate are 12 petale. Petalele costă aproximativ un dolar fiecare -- foarte uşoare, plastic dur nituit, aluminizat. Mecanismul care controlează fiecare petală este aici jos cu un microprocesor pe fiecare. Aici sunt cuplurile termice de pe motor -- mici senzori care detectează căldura când razele solare le ating. Fiecare petală se ajustează independent pentru a păstra o temperatură cât mai mare. Când soarele răsare dimineaţa, petalele vor căuta soarele. îl găsesc, căutând cea mai înaltă temperatură. După un minut şi jumătate sau două minute, dupa ce razele solare ating capul termic motorul va fi destul de cald pentru a porni, apoi motorul va genera curent electric timp de aproximativ şase ore şi jumătate pe zi -- şase ore şi jumătate la şapte ore, odată cu mişcarea soarelui pe cer. Un punct esenţial de care putem profita
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.
este că avem aceste microprocesoare ieftine şi fiecare petală este autonomă, şi fiecare din aceste petale află unde este soarele fără interferenţă umană. Aşa că nu trebuie să spui la ce latitudine sau longitudine te afli, nu trebuie să afli unghiul de înclinare al acoperişului, nu trebuie să-ţi dai seama de orientare. Nu prea contează. El caută pentru a găsi cel mai fierbinte punct, caută din nou o jumătate de oră mai târziu, caută din nou o zi mai târziu, caută din nou o lună mai târziu. Practic află poziţia ta pe Pământ urmărind direcţia în care se deplasează soarele, deci nu trebuie să introduci absolut nimic despre asta.
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.
Modul în care funcţionează unitatea este, atunci când răsare soarele motorul va porni şi obţii energie pe aici. Avem curent alternativ, curent continuu, primeşti 12 volti curent continuu, aşa că poate fi folosit in anumite aplicaţii. Avem înăuntru un invertor, deci poţi primi 117 volţi curent alternativ şi deasemeni primeşti apă caldă. Apa caldă este opţională. Nu trebuie să folosiţi apa caldă, se va răci singură. Dar poate fi folosit pentru a încălzi opţional apa caldă şi asta ridică eficienţa şi mai mult, pentru că o parte din căldura pe care voi in mod normal aţi risipi-o o puteţi folosi acum în mod util, fie că este pentru o piscină sau apă caldă.
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.
O să vă prezint un film scurt despre cum arată asta în funcţiune. Acesta este primul test când am dus-o afară şi fiecare petală căuta în mod individual. Şi ele se mişcă foarte rigid la început, dar apoi foarte delicat. Odată ce citesc pe cuplul termic temperatura care indică găsirea soarelui, ele încetinesc şi fac o căutare fină, apoi toate petalele se vor poziţiona şi motorul va porni. Aşa că am lucrat la asta în ultimii doi ani.
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.
Suntem foarte entuziasmaţi de progres, mai avem mult de lucru de acum încolo, dar să vă mai povestesc câte ceva despre asta. Aşa ne închipuim noi că ar fi o instalaţie rezidenţială, probabil aţi avea mai mult de o unitate pe acoperiş. Poate fi pe acoperiş, în curte sau altundeva. Nu trebuie să aveţi unităţi destule pentru a alimenta întreaga casă, doar economisiţi bani cu fiecare unitate adăugată.
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.
Deci tot folosiţi reţeaua, în acest gen de aplicaţie, ca şi generator de rezervă -- desigur, nu poate fi folosită noaptea, şi nu poate fi folosită în zile înnorate. Dar, reducând din energia folosită, în momentele cheie -- deobicei când aveţi aerul condiţionat pornit, sau situaţii de genul acesta -- aceasta generează energia de vârf in acel moment de utilizare de vârf, deci este foarte complementar în acest sens. Aşa ne închipuim noi aplicarea rezidenţială.
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.
Deasemeni , credem că este un mare potenţial pentru ferme de energie, în mod deosebit în terenuri îndepărtate unde este foarte mult soare. Este o combinaţie foarte bună a celor doi factori. Se pare că este mult soare puternic peste tot în lume, evident, dar mai ales în locuri unde este relativ ieftină amplasarea acestora şi deasemeni în multe locuri unde este multă putere eoliană. Aşa că un exemplu pentru asta, aici este o hartă a Statelor Unite. Mai peste tot unde nu este albastru sau verde, este un loc ideal, dar până şi zonele verzi sau albastre sunt bune, doar nu la fel de bune ca zonele care sunt roşii, oranj şi galbene. Dar zonele de lângă Las Vegas şi Valea Morţii şi perimetrul acela sunt foarte, foarte bune. Şi tot ce face asta, este să afecteze perioada de recuperare a investiţiei, nu înseamnă că nu poţi folosi energia solară, poţi folosi energia solară oriunde pe Pământ. Doar afectează perioada de recuperare în comparaţie cu energia electrică de la retea. Dar dacă nu ai energie electrică de la retea, atunci toată întrebarea de recuperare este cu totul alta. Este doar câţi watţi primeşti pe dolar, şi cum poţi beneficia de ea, utilizând acea energie pentru a-ţi schimba viaţa în vreun fel.
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.
Aceasta este o hartă a Statelor Unite. Aceasta este o hartă a Pământului şi din nou, puteţi observa un bandaj imens în mijloc, cam unde este marea parte a populaţiei, sunt şanse enorme pentru energie solară. Şi desigur, priviţi Africa. Este pur şi simplu de necrezut care este potenţialul de a profita de energia solară acolo, şi sunt foarte entuziasmat să discutăm mai mult despre moduri în care putem fi de folos cu asta.
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.
Deci, în concluzie, aş spune călătoria mea mi-a arătat că putem revizita idei vechi într-o lumină nouă, şi uneori idei la care s-a renunţat în trecut pot fi practice acum, dacă le aplici noi tehnologii sau întorsături. Credem că ne apropiem foarte mult de ceva folositor şi posibil. Obiectivul nostru pe termen scurt este să fie la jumătate de preţ faţă de celulele solare şi pe termen lung este ca investiţia să fie recuperată în mai puţin de 5 ani. Şi la o recuperare în mai puţin de 5 ani, aceasta devine deodată foarte economic. Deci nu trebuie doar să vrei să ai o atitudine de bine faţă de energie să vrei să ai una din acestea. Pur şi simplu are sens din punct de vedere economic. Deocamdată, recuperările solare sunt între 30 şi 50 de ani. Dacă se reduce la sub 5 ani atunci devine foarte evident, datorită interesului de a o poseda -- altcineva te va finanţa şi puteţi face bani, practic din prima zi. Aşa că asta este obiectivul nostru pentru care ne luptăm în companie. Două lucruri care le-am învăţat şi care m-au surprins --
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.
unu este cât de comozi suntem în privinţa energiei. Veneam de la lift încoace, şi doar privind la scenă acum -- sunt probabil 20 500 watţi în lumini chiar acum. Sunt 10,000 de watţi de lumină care curg pe scenă, un cal putere este 756 de watţi, la capacitate maximă. Deci în principiu sunt 15 cai care fug la capacitate maximă doar pentru a ţine scena luminată. Fără a mai menţiona cei 200 de cai care aleargă chiar acum pentru a ţine aerul condiţionat în funcţiune. Şi este pur şi simplu uimitor, intri în lift şi sunt lumini acolo. Desigur acum, sunt foarte sensibil acasă când lăsăm luminile aprinse din greşeală. Dar, peste tot în jur avem o utilizare lacomă a energiei
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.
pentru că este foarte ieftină. Şi este ieftină pentru că am subventionat-o, prin energia care a fost concentrată de soare. În principiu, petrolul este energie solară concentrată. Este lovită timp de miliarde de ani cu foarte multă energie pentru ca să poată conţine toată acea energie. Şi cred că nu avem un drept nativ să folosim totul aşa de repede pe cât facem noi. Şi ar fi extraordinar dacă am putea găsi un mod de a face utilizarea energiei regenerabilă, adică pe măsură ce folosim energia, in aceaşi măsură s-o şi creem, şi chiar sper că putem ajunge acolo. Vă mulţumesc foarte mult, aţi fost un public minunat.
Thank you very much, you've been a great audience.
(Aplauze)