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.
Когда мне исполнилось 15, я впервые заинтересовался солнечной энергией. Моя семья только переехала из Форт Лии, Нью Джерси в Калифорнию. и мы переехали из снежных мест туда, где очень жарко, и где много газовых магистралей. В 1973 году было введено лимитирование на использование газа. Энергетический кризис был на пике.
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.
Я начал читать журнал Popular Science и серьезно заитересовался потенциалом солнечной энергии, чтобы попытаться решить этот кризис. Я только начал изучать тригонометрию в школе, узнал про параболу и как можно сконцентрировать лучи света в одну точку. Это меня вдохновило. И я почувствовал, что есть потенциал построить что-то, что бы концентрировало свет. Поэтому я основал компанию, которую назвал Solar Devices. И это была компания, где я строил параболы, я выбрал мастерскую, я помню, как я приходил в эту жестяницкую мастерскую и создавал параболы и двигатели Стирлинга. И я строил этот двигатель Стирлинга на токарном станке, и приходили все эти байкеры, мотоциклисты, чтобы спросить: "Ты строишь бонг, да?" И я отвечал: "Да нет же, это двигатель Стирлинга, серьёзно!" Но они мне не верили.
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.
Я продал черчежи этого двигателя и сферической антенны на заднюю обложку журнала Popular Science, по 4 доллара за чертеж. И я зарабтал достаточно денег, чтобы заплатить за первый год учебы в Калифорнийском технологическом институте. Я очень радовался, что смог попасть в Калтех. И я продолжал заниматься бизнесом в течение первого года обучения в Калтехе. Но потом, на втором году учебы в Калтехе, они начали ставить оценки. Весь первый год они ставили "зачет" и "незачет", но на втором году они начали ставить оценки. И я не смог совмещать это с бизнесом и все закончилось 25-летним "отпуском". Моя мечта была преобразовывать солнечную энергию при эффективных затратах, но пришлось брать этот большой перерыв. Сначала была курсовая работа в Калтехе. Потом, когда я закончил Калтех, вышел персональный компьютер IBM, и я подсел на компьютер IBM в 1981. А затем в 1983 году вышел 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.
и я был полностью сражен Lotus 1-2-3. Я стал использовать 1-2-3 в своём бизнесе, начал писать аддоны для него, написал естественно-языковой интерфейс для 1-2-3. Я создал компанию по образовательным программам сразу после того, как я присоединился к Lotus. И потом я создал Idealab, чтобы я мог иметь крышу, под которой можно было бы создавать несколько компании. Потом, гораздо гораздо позже -- в 2000, совсем недавно, начался новый калифорнийский энерго-кризис --
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.
это то, что могло бы стать очень большим энергетическим кризисом. И я пытался понять, есть ли что-нибудь, что мы могли бы построить, и на чем можно было бы заработать, пытаясь дать людям запасную энергию, если, конечно, кризис действительно наступит. И я стал думать, как бы мы могли построить систему на батареях, которая бы дала людям 5 часов, 10 часов, или даже весь день, или 3 дня запасной энергии. Я рад, что вы уже услышали сегодня, что батареи являются ненадежными источниками энергии -- так как имеют недостаточно емкости по сравнению с топливом. Гораздо больше можно энергии сохранить в топливе, чем в батареях. Пришлось бы заполнить одноместный гараж всего лишь, чтобы получить для себя энергии на 4 часа. И я сделал вывод после изучения всех возможных технологий, что мы можем выпустить для хранения энергии маховики, другий тип батарей, с помощью которых сохранять энергию было не типично. А что по поводу получения энергии?
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.
Может быть, мы могли бы производить энергию. Я подумал, может ли солнечная энегрия быть привлекательной. Уже прошло 25 лет с тех пор, как я этим занимаюсь, дайте повернем назад и посмотрим, что же происходило с солнечными элементами за это время. Цена упала с 10 долларов за ватт до 4 или 5 долларов за ватт, где и стабилизировалась. А надо, чтобы она упала гораздо ниже, чтобы стать рентабельной. Я изучил все новые изобретения, которые случались в отношении солнечных элементов, я пытался найти что-то инновационное, чтобы сделать солнечные элементы более дешевыми. Много нового происходит, чтобы приближает нас к этой цели, но фундаментально сам процесс по-прежнему требует очень большого количества энегрии. Некоторые даже говорят, что больше энергии уходит на создание солнечного элемента, чем он сможет дать за все годы его эксплуатации. Надеюсь, если мы сможем уменьшить потребление энергии для создании этих элементов, тогда они станут более практичным.
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.
Но прямо сейчас, вы скорее всего возьмете кремний, поместите его в печку с температурой 1600 градусов по фаренгейту на 17 часов, чтобы создать эти элементы. Много кто сейчас работает, чтобы уменьшить эти цифры, но я лично не сделал никакого вклада в эту область. Итак, я пробовал найти другой способ, который мог бы сделать солнечную энергию выгодной. И вот пришла идея, что если мы будем концентрировать солнечные лучи большим отражателем, также, как я думал тогда, когда ходил в школу -- но возможно используя уже современные техноголии, нам удастся сделать большой, более дешевый, отражатель, который бы собирал солнечные лучи на маленький конвертер, а сам конвертер не должен быть таким дорогим, так как он будет намного меньше, чем солнечные элементы, которые должны покрывать всю поверхность, с которой вы хотите собирать энергию. Сейчас это выглядит реальным
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.
благадоря новым технологиям, которые появились за последние 25 лет с того момента, как я стал изучать эту тему. Во-первых, появилось много новых технологий производства, не говоря уже о маниатюрных по-настоящему дешевых двигателях -- это бесщёточные двигатели, серводвигатели, шаговые двигатели, которые сейчас используются в принтерах, сканерах и других подобных устройствах. А это уже прорыв. Ну и, конечно же, недорогие микропроцессоры, и самый важный прорыв -- генетические алгоритмы. Немного расскажу про генетические алгоритмы.
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.
Это мощный способ решения сложных задач с использованием механизма естественного отбора. Вы берете задачу, которую не можете решить чисто математически, вы строите эволюционную систему для перебора множества решений, добавляете половую разновидность, вы берете половину одного решения и половину другого, а затем создаете новые мутации, и с помощью естественного отбора вы отбрасываете не очень хорошие решения. Обычно с помощью генетического алгоритма за один компьютерный день
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.
на 3 Ггц процессоре вы можете решить много-много ранее сложно решаемых задач всего за несколько минут. Мы пробывыли с помощью генетических алгоритмов создать новый тип концентратора. И я покажу сейчас, что у нас из этого получилось. Обычно, концентраторы выглядят вот так.
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.
Они имеют параболическую форму. Они собирают все параллельно входящие лучи и фокусируют их в одном месте. Они должны следовать положению солнца, потому что они должны быть направлены прямо на солнце. Обычно, угол восприятия составляет около одного градуса, что означает, что если градус больше 1, ни один из солнечных лучей не попадет в фокус. Поэтому мы пытались изобрести неотслеживающий коллектор, коллектор, который бы собирал больше, чем свет в одном градусе, с неподвижным частями. И мы создали генетический алгоритм, чтобы решить эту задачу, мы создали в XL модель многоповерхностного отражателя, и мы получили удивительные результаты, буквально эволюционировавшие в процессе прохождения миллиарда циклов, миллиарда разных попыток, с рабочей функцией, которая определила, как ты можешь собрать максимальное количество света под максимальным количеством углов в течение всего дня.
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.
И вот эта форма, которая в итоге получилась. Это неотслеживающий коллектор с шестью трубообразными консолями, и каждая из них собирает свет определенным путем -- если солнечный свет падает прямо сюда, он может отражаться прямо в центр, в фокус напрямую, но если солнце вне оси, и лучи падают сбоку, они могут упасть в два места и отразиться дважды. Так что при прямом свете случается только одно отражение, при внеосевом свете может быть два отражения, а при значительном внеосевом свете может быть три. Ваша эффективность снижается при множественном отражении, потому что вы теряете 10 процентов при каждом отражении. но это позволяет нам собрать свет с плюс или минус 25-процентного угла. Таким образом, неподвижный компонент может собирать энергию в течение двух с половиной часов в день. Однако, солнечные элементы собирают свет в течение четырех с половиной часов.
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.
В среднестатистический день солнечный элемент -- потому что солнце движется по небу, солнечный элемент снижает свою производительность по синусоидальной функции во внеосевых углах. Он собирает энергию около четырех с половиной усредненных часов во время светового дня. Поэтому, даже притом, что это было просто грандиозно с учетом неподвижности частей -- что мы смогли достичь таких высоких температур - этого было недостаточно. Нам надо было обыграть солнечные элементы.
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.
Так мы стали думать над другой идеей. Мы задумались над способом разбить параболу на отдельные лепестки, которые бы отслеживали движение солнца. Так, то, что вы видите здесь, - это 12 отдельных лепестков, каждый из которых мог бы контролироваться собственным микропроцессором, что стоило бы доллар. Вы можете купить два мегагерцевых микропроцессора сегодня за доллар. И вы можете купить шаговые двигатели, которые практически не изнашиваются, потому что они не имеют щеток, за доллар. Мы можем контролировать все 12 лепестков менее чем за 50 долларов, и это позволило бы нам больше не двигать фокус, а только двигать лепестки.
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.
Вся система имела бы меньшую структуру, но, также мы смогли бы собирать солнечный свет от шести с половиной до семи часов в день. Теперь, когда мы сконцентрировали сонечный свет, что мы собираемся поместить в центр, чтобы конвертировать солнечный свет в электричество? Итак, мы постарались изучить все различные тепловые двигатели, которые использовались в истории, чтобы попробовать конвертировать солнечный свет в электричество, другими, словами тепло в электричество. И одна из лучших во все времена паровая машина Джеймса Ватта 1788 года стала главным, главным прорывом. Джеймс Ватт, фактически, не изобрел паровой двигатель, он только усовершенствовал его. Но, его доработки бесподобны. Он добавил новый механизм передачи движения от поршней, он добавил конденсатор для охлаждения пара от рабочего цилиндра, он изобрел цилиндр двойного действия, что удвоило мощность двигателя.
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.
Это его главные достижения. Я имею в виду, все усовершенствования, которые он сделал, заслуживают того, чтобы сегодня единица измерения мощности, ватт, носила его имя. Итак, мы изучили данный двигатель, и в нем был потенциал. Паровые двигатели опасны, и они значительно повлияли на мир, как вы знаете - индустриальная революция, корабли и локомотивы. Но они обычно хороши, когда большие, то есть они не хороши для распределённого производства энергии. И в них очень высокое давление, поэтому они опасны.
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.
Другой тип двигателя - это двигатель горячего воздуха. И двигатель горячего воздуха также не был изобретен Робертом Стирлингом, но именно Роберт Стирлинг сделал успехи в 1816 и радикально улучшил его. Этот двигатель, и именно поэтому он так нам интересен, работает только на воздухе, не на паре, и привел за эти годы к сотням креативным разработкам, которые используют принцип двигателя Стирлинга.
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.
Но после двигателя Стирлинга, пришел Отто, и вновь он не иозбрел двигатель внутреннего сгорания, а только улучшил его. Он показал его в Париже в 1867, и это было главное достижение, потому что повысилась плотность энерговыделения. Сейчас вы можете получить намного больше энергии из намного меньшего пространства, и это позволило использовать двигатель в мобильных устройствах. Итак, однажды добившись мобильности, теперь вы производите много двигателей, потому что у вас много блоков, в отличие от паровых кораблей или больших фабрик, где вы не производите такое количество блоков, так что этот двигатель в итоге выграл от массового производства, в то время как другие двигатели проиграли.
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.
В связи с тем, что он вышел на уровень массового производства, его себестоимость уменьшилась, он улучшился за 100 лет, выбросы уменьшились, значительно выросла продуктивность. Сотни миллионов двигателей внутреннего сгорания были выпущены по сравнению с тысячами двигателей Стирлинга. А маленьких паровых двигателей было построено еще меньше, только большие для больших производств. Таким образом, изучив эти три двигателя и 47 оставшихся, мы пришли к выводу, что двигатель Стирлинга подходит для нас лучше всего. Я хочу объяснить кратко, как мы пришли к такому выводу, и как он работает.
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.
Итак, мы постарались взглянуть на двигатель Стирлинга в новом ключе, так как подход утилитарный - вес больше не имел значения для нашего устройства. Двигатель внутреннего сгорания стал популярным, потому что вес имел значение, потому что вы находились в движении. Но если вы собираетесь генерировать солнечную энергию из статичного места, вес не имеет большого значения. Другая вещь, которую мы обнаружили, это то, что эффективность тоже так сильно не важна,
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.
если источник энергии бесплатен. Обычно, эффективность - самый важный фактор, потому что стоимость топлива для вашего двигателя уменьшает стоимость двигателя в течение его использования. Но если источник топлива бесплатный, тогда единственный значимый фактор - это первоочередные капитальные расходы на двигатель. То есть вы не хотите оптимизироваться в сторону эффективности, вы хотите оптимизироваться в сторону дополнительной мощности за доллар. Так, используя этот момент с новым критерием,
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.
мы подумали, что мы можем пересмотреть взгляды на двигатель Стирлинга, и также разработать генетический алгоритм для него. По правде говоря, у Роберта Стирлинга не было Гордона Мура, чтобы получить мощность трех Ггц процессора. Итак, мы взяли тот же генетический алгоритм, который использовали ранее для создания концентратора, который в итоге нам не подошел, чтобы оптимизировать двигатель Стирлинга, и подогнать его размеры и все его параметры до точной оптимизации, чтобы добиться наибольшей мощности за доллар, независимо от веса, независимо от размера добиться наибольшей переработки солнечной энергии, потому что солнце бесплатно. Вот процесс, который мы применили - позвольте показать, как двигатель работает. Наипростейший тепловой двигатель, или двигатель горячего воздуха, во все времена
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.
был таким: возьмите коробку, стальную канистру и поршень. Разведите огонь под ним, поршень поднимется. Уберите огонь и налейте сверху воду, или остудите его, поршень опустится. Это и есть тепловой двигатель. В целом, это самый основной тепловой двигатель, который вы когда-либо имели. Проблема в эффективности, которая составляет всего лишь одну сотую процента, потому что вы нагреваете весь металл камеры, а потом каждый раз охлаждаете весь металл камеры. И вы получаете энергию только из воздуха, который нагрет в это время, но вы тратите всю энергию, нагревая и охлаждая металл.
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.
Так, кто-то пришел к очень умной идее, что, вместо того, чтобы нагревать и охлаждать весь цилиндр, надо бы поместить внутрь дисплейсер - небольшое устройство, которое двигает воздух вперед-назад. Вы двигаете его вверх и вниз с небольшой энергией, но теперь вы только двигаете воздух вниз к горячему концу и вверх к холодному концу, вниз к горячему и вверх к холодному. В результате, теперь вы поочередно не нагреваете и охлаждаете металл, вы просто поочередно нагреваете и охлаждаете воздух. Это позволяет вам повысить эффективность с сотой доли процента до двух процентов.
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.
А потом Роберт Стирлинг пришел к гениальной идее, которая заключалась в следующем: ОК, я уже не нагреваю металл этого типа двигателя, но я все еще нагреваю вновь и вновь весь воздух. Я все еще нагреваю и охлаждаю воздух каждый раз. А что если я помещу тепловую губку в середину, в проход, где воздух движется между горячим и холодным концами? Итак, он взял провода малого сечения и теснувшее стекло, а также различные виды материалов для разработки тепловой губки. Итак, когда воздух толкают вврех от горячего к холодному концу, он отдает часть тепла в губку. А когда воздух возвращается после охлаждения, он снова забирает это тепло обратно. Так, вы используете энергию пять или шесть раз, что повышает эффективность на 30 - 40 процентов. Это малоизвестное, но блестящее, гениальное изобретение Роберта Стирлинга, которое превращает горячий воздух в двигателе из чего-то непрактичного- то, что я обнаружил, когда строил наипростейшую модель в старшей школе -- в потенциальную возможность, вы сможете повысить эффективность в случае, если вы сможете сконструировать двигатель с низкой себестоимостью. Так что мы действительно задумались над способами, как снизить стоимость до максимально возможной.
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.
Мы построили огромную математическую модель работы двигателя Стирлинга. Мы применили генетический алгоритм. Мы пришли к результату, как оптимизировать двигатель. Мы построили двигатели, мы построили 100 различных двигателей за последние 2 года. Мы измерили каждый, мы доработали модель до тех параметров, которые измерили, и затем пришли к настоящему прототипу. Это очень компактный, недорогой двигатель, а это то, как выглядит наш двигатель. Позвольте показать вам, как он выглядит в реальности.
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.
Это - двигатель. Это всего лишь маленький цилиндр, тут внизу, который содержит генератор и все сцепления, а это горячий колпак, горячий цилиндр сверху, эта часть нагревается, а эта часть холодная, а отсюда выходит электричество. Возможен также обратный процесс. Если вы проведете внутрь электричество, это станет горячим, а это охладится, вы получите холодильник. Так что это полностью взаимообратимый цикл, очень эффективный цикл, и довольно простая вещь для демонстрации. Так, сейчас вы совместите обе вещи вместе.
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.
У вас есть двигатель, теперь, что же будет, если вы совместите лепестки-панели и двигатель в центре. Панели двигаются, а двигатель концентрирует солнечный свет, берет тепло и превращает его в электричество. Вот так выглядил первый прототип нашей системы вместе с лепестками и двигателем в центре. Это был выход на солнце, а сейчас я вам хочу показать, как выглядет настоящая модель.
(Applause)
(Аплодисменты)
Thank you.
Спасибо!
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.
Эта модель с 12 лепестками-панелями. Каждая панель стоит около доллара -- легкая по весу, обработанный пластик, покрытый алюминием. Механизм контроля каждой панели вот тут, внизу, с микропроцессором на каждой. Так же есть термокапсулы на двигателе - маленькие сенсоры, которые фиксируют тепло, когда солнце попадает на них. Каждая панель отрегулирована таким образом, чтобы сохранять наивысшую температуру на ней. Когда солнце выходит утром, панели ищут солнце, находя его по наивысшей температуре. Около минуты с половиной, или две минуты, после того, как лучи ударяют по тепловому колпаку, двигатель достаточно нагревается, чтобы начать работать, а потом двигатель будет генерировать электричество в течение шести с половиной часов в день, от шести с половиной до семи часов, в течение которых солце пересекает небо. Важная деталь, которая дает нам преимущество,
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.
это то, что у нас есть недорогие микропроцессоры, и что каждая панель автономна, и что каждая из этих панелей вычисляет, где солнце, без настройки пользователя. Так что вам не надо говорить широту и долготу, на которых вы находитесь, вам не надо говорить, каков угол наклона вашей крыши, вам не надо говорить расположение. Это не имеет значения. Они сами находят самое горячее место, затем снова ищут его через полчаса, и снова ищут его через день, и снова ищут его через месяц. Они, практически, вычесляют, где именно на Земле вы живете, отслеживая движение солнца, так что вам не надо вводить данные об этом.
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.
Способ работы аппарата такой, когда солнце всходит, двигатель начинает работать, и вы получаете энергию оттуда. У нас есть устройство переменного тока (АС) и постоянного тока (DC), выдает 12 Вольт постоянного тока, которые могут быть использованы для определенных устройств. У нас есть инвертер, чтобы получить 117 Вольт переменного тока, а также вы получаете горячую воду. Горячая вода по выбору. Если вы не используете горячую воду, она остывает. Но вы можете использовать опцию нагрева горячей воды, что повышает эффективность еще больше, потому что некоторое тепло, которые вы обычно не используете, теперь вы сможете использовать как полезную энергию, для бассейна или горячей воды.
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.
Позвольте показать вам короткое кино, как это выглядит в работе. Так, это первый тест, который мы проводили снаружи, и каждая из панелей ищет индивидуально. А то, что они делают - это шаг, очень шероховато сначала, а затем очень гладко. Как только они получают температуру, считывая информацию с термокапсулы и определяя, что солнце нашлось, тогда они замедляются и проводят более тонкую настройку, затем все панели занимают позицию, и двигатель начинает работать. Итак, мы работаем над этим два последних года.
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.
Мы с нетерпением ждали продвижения, и нам предстоит еще долгий путь, и позвольте рассказать вам немного об этом. Вот так мы видим установку нашей солнечной батареи в жилых домах, вы, возможно, захотите расположить несколько батарей на вашей крыше. Она может быть на вашей крыше, на заднем дворе или где-либо еще. Вам не надо иметь столько устройств, чтобы обеспечить энергией весь дом, вы просто экономите деньги с каждой дополнительной станцией.
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.
Так, вы все еще продолжате использовать электрические сети, в данном случае, тогда батарея будет дополнительным источником -- конечно, вы же не можете ее использовать ночью, вы не сможете использовать ее в облачные дни. Но, уменьшая использование энергии, особенно в часы пик-- обычно, это когда вы включаете кондиционер, или что-то вроде него, батарея генерирует пиковую энергию в часы пик использования электроэнергии, так что это очень помогает в каком-то смысле. Вот так мы видим установку на жилом доме.
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.
Мы также думаем, что есть большой потенциал для энергетических ферм, особенно в отдаленных местностях, где много солнца. Это очень хорошая комбинация двух факторов. Как оказалось, в мире много мощной солнечной энергии, это очивидно, но в особых местах, где можно сравнительно недорого установить эти устройства, а также во многих других местах, где есть сильный ветер. Вот, пример этому, карта США. Более-менее все, где нет зеленого и синего, это действительно идеальное место, но даже зеленые и синие пространства хороши, просто не так хороши, как красные, оранжевые и желтые. Но вот горячие места прямо вокруг Лас Вегаса и Долины Смерти, и вот это место, очень - очень хороши. И все это влияет на период окупаемости проекта, это не означает, что вы не сможете использовать солнечную энергию, вы можете использовать солнечную энергию везде на Земле. Просто это влияет на период окупаемости, если вы сравниваете его с проектом по проводному электричеству. Но если у вас нет сетевого электричества, тогда сам вопрос самоокупаемости стоит совсем по-другому. Это только, сколько ватт вы получаете за доллар, и как вы сможете выиграть от использования этой энергии, чтобы как-то изменить вашу жизнь.
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.
Это карта США. Это карта всей Земли, и, снова, вы можете увидеть, огромную полосу в середине, где расположена большая часть населения, это огромный шанс для солнечной энергии. И, конечно, посмотрите на Африку. Просто невероятно, каким потенциалом станет использование преимуществ солнечной энергии там, и мне очень интересно поговорить о способах, как мы можем помочь этому.
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.
В заключении, я хочу сказать, мое путешествие показало, что вы можете пересмотреть старые идеи в новом свете, и иногда идеи, отвергнутые в прошлом, могут быть полезными сейчас, если вы используете новые технологии и новые подходы. Мы верим, что уже близки к чему-то очень практичному и доступному по средствам. Наша кратковременная цель - стать вдвое дешевле солнечных элементов, и наша долговременная цель - это окупаемость проекта менее, чем за пять лет. И, менее, чем за пять лет окупаемости, все это становится очень экономичным. Так что вам не надо просто иметь хорошее отношение по поводу энергии, чтобы иметь одну из установок. Это просто имеет экономическую целесообразность. Сейчас, солнечная окупаемость 30 - 50 лет. Если мы ее снизим до пяти лет, тогда она становится почти повсеместной, потому что становится интересно владеть ей -- кто-то финансирует ее за вас, а вы сможете делать деньги, практически, с первого дня. Так что это наша самая главная цель, на которую мы нацелены в компании. Два других момента, которые я узнал и которые очень удивили меня --
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.
то, как небрежно мы относимся к энергии. Я шел от лифта сюда и заметил здесь, на сцене, прямо сейчас -- что сейчас зажжено где-то 20 500 Ватт света. Около 10,000 Ватт света льется прямо на сцену, одна лошадинная сила - это 756 Ватт, на полную мощность. Так что это больше 15 лошадей, скачущих на полной скорости, чтобы осветить эту сцену. Не упоминая, что 200 лошадей, вероятно, скучут сейчас, чтобы поддержать работу кондиционера. Это просто удивительно, зайдите в лифт и там будет гореть свет. Конечно, сейчас мне очень некомфортно дома, когда мы по ошибке оставляем включенным свет. Но, везде вокруг нас чрезмерное использование энергии,
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.
потому что она такая дешевая. И она дешевая, потому что мы дотируем ее энергией, сконцентрировааной солнцем. Практически, нефть - это концентрат солнечной энергии. Он накапливался миллиарды лет с помощью огромной энергии, чтобы создать всю эту энергию внутри себя. И у нас нет права по рождению вот так просто и быстро использовать ее, я думаю. И было бы здорово, если бы мы нашли возможность сделать использование энергии возобновляемым, это когда мы используем энергию и воссоздаем ее в одном и том же месте, и я очень надеюсь, что мы достигнем этого. Большое спасибо, вы были отличными слушателями.
Thank you very much, you've been a great audience.
(Аплодисменты)