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.
Tôi bắt đầu quan tâm đến lĩnh vực năng lượng mặt trời khi mới 15 tuổi Gia đình tôi chuyển nhà từ Fort Lee, New Jersey đến Cali và từ nơi đầy tuyết tới nơi toàn ống dẫn nhiệt và gas Vào năm 1973, gas bị hạn chế Cuộc khủng hoảng năng lượng như 1 lỗ khoan thủng
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.
Tôi đã bắt đầu đọc tạp chí Popular Science và thực sự thích thú với tiềm năng của năng lượng mặt trời thử giải quyết cuộc khủng hoảng đó Tôi bắt đầu học môn lượng giác tại trường cấp 3 và được học về parabol và làm thế nào nó có thể tập trung các tia sáng vào 1 tiêu điểm Điều đó khiến tôi rất hào hứng Và tôi thực sự cảm thấy có tiềm năng xây dựng 1 thứ có thể tập trung ánh sáng Vì thế, tôi đã thành lập công ty Thiết Bị Mặt trời ở đó tôi xây dựng các parabol Tôi tới 1 xưởng kim khí và tôi nhớ là đã bước vào xưởng, xây dựng các parabol và động cơ Stirling tôi xây dựng các động cơ Stirling trên máy tiện và tất cả các anh chàng đi xe đạp hay xe máy đều ghé vào và hỏi, " Cậu đang làm 1 cái chuông phải không?" Tôi trả lời, "Không, đó là động cơ Stirling " Nhưng họ không tin
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.
Tôi đã bán các bản vẽ loại động cơ và đĩa chảo này cho tạp chí Popular Science, 4 đô la cho mỗi bản. Và tôi đã kiếm đủ tiền để trang trải năm đầu học ở Caltech Vào học tại Caltech là niềm vui rất lớn đối với tôi. Ngay năm đầu tại Caltech, tôi tiếp tục công việc kinh doanh Nhưng sau đó, vào năm học thứ 2, họ bắt đầu chấm điểm Toàn bộ năm nhất chỉ xét đỗ hay trượt, nhưng năm 2 có chấm điểm Tôi không thể duy trì công việc kinh doanh đó tôi đã kết thúc bằng cách đi đường vòng 25 năm Giấc mơ của tôi là biến đổi năng lượng mặt trời với chi phí hợp lý nhưng sau đó tôi đã phải đi đường vòng Đầu tiên, công việc học tập tại Caltech sau đó khi tôi tốt nghiệp khỏi Caltech, máy tính IBM xuất hiện và tôi nghiện loại máy tính của IBM vào năm 1981 sau đó vào năm 1983, Lotus 1-2-3 ra đời
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.
và tôi hoàn toàn bị nó chinh phục Tôi bắt đầu công việc kinh doanh với 1-2-3, bắt tay vào viết các chương trình bổ sung cho 1-2-3 1 giao diện ngôn ngữ tự nhiên cho 1-2-3 Tôi mở 1 công ty phần mềm giáo dục sau khi gia nhập Lotus sau đó tôi bắt đầu Idealab vì thế tôi có thể liên tục xây dựng nhiều công ty Rất lâu sau, vào năm 2000, cuộc khủng hoảng mới về năng lượng tại 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.
hay được dự báo sẽ là 1 cuộc khủng hoảng lớn, đang đến gần Và tôi cố gắng tìm kiếm cách nào đó giúp xây dựng và khiến mọi người dự trữ năng lượng đề phòng cuộc khủng hoảng thực sự đến và tôi bắt đầu xem xét làm thế nào để xây dựng các hệ thống dự trữ pin có thể cung cấp 5 giờ, 10 giờ, thậm chí cả 1 ngày hoặc 3 ngày điện dự trữ Rất mừng là các bạn đã nghe về pin có năng lượng rất tốt nhưng xét về tỷ trọng so với nhiên liệu thì không thấm vào đâu. Do đó, nhiều năng lượng hơn được dự trữ bằng nhiên liệu hơn là bằng pin Bạn phải nạp đầy toàn bộ khu vực đỗ xe của 1 gara chỉ để có 4 giờ pin dự trữ. Và tôi đi đến kết luận sau khi nghiên cứu các công nghệ khác rằng chúng ta có thể triển khai dự trữ năng lượng-- bánh đà, các công thức pin khác nhau-- thì không khả thi lắm Thế còn về việc tạo ra năng lượng?
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.
Có thể chúng ta đã tạo ra được năng lượng Tôi cố gắng xác định-- có thể năng lượng mặt trời ngày càng hấp dẫn. Đã 25 năm tôi làm việc này khiến tôi quay lại và xem xét chuyện gì đang diễn ra với pin mặt trời. Và giá cả giảm xuống từ 10 đô la / 1 watt đến khoảng 4 hay 5 đô la /1 watt và nó đang ổn định. Và quả thật cần hạ giá thấp hơn nữa để sinh lợi Tôi đã nghiên cứu tất cả những điều mới mẻ diễn ra trong các pin mặt trời và tìm kiếm các phương pháp cải tiến và sản xuất pin mặt trời rẻ hơn Có rất nhiều điều mới để làm nhưng về cơ bản quá trình đòi hỏi 1 lượng năng lượng lớn khủng khiếp Một số người thậm chí nói rằng để sản xuất 1 chiếc pin mặt trời thì còn tốn nhiều năng lượng hơn là nó tạo ra trong suốt tuổi thọ của pin Hy vọng rằng nếu chúng ta có thể giảm lượng năng lượng tiêu tốn để tạo ra pin thì sẽ thực tế hơn.
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.
Nhưng hiện tại, bạn nên dùng silicon đặt vào lò ở 1600 độ Fahrenheit trong 17 tiếng, để làm pin Rất nhiều người đang miệt mài làm việc để giảm quá trình đó nhưng tôi không góp phần tham gia lĩnh vực đó Vì thế tôi cố gắng tìm ra 1 cách khác để tạo ra điện mặt trời giá rẻ và sinh lời Ý tưởng đó là- sẽ ra sao nếu chúng ta thu góp mặt trời với 1 gương phản chiếu lớn giống với ý tưởng tôi đã nghĩ tới khi còn học thời THPT nhưng với công nghệ hiện đại chúng ta có thể tạo ra thiết bị thu lớn và rẻ hơn tập trung mặt trời tới 1 thiết bị chuyển đổi nhỏ thiết bị chuyển đổi này không đắt bằng vì nó nhỏ hơn nhiều so với pin mặt trời khi pin mặt trời phải che phủ toàn bộ vùng bề mặt mà bạn muốn thu thập năng lượng mặt trời Bây giờ điều này có vẻ khả thi rồi
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.
vì nhiều công nghệ mới đã ra đời trong vòng 25 năm qua, kể từ lần cuối tôi nghĩ đến vấn đề này Trước hết, có nhiều công nghệ sản xuất mới chưa kể đến, các động cơ mô hình rẻ động cơ không chổi điện, động cơ hỗ trợ secvo, động cơ bước được sử dụng trong máy in, máy quét và các loại tương tự thế Do vậy, đó là 1 bước đột phá Dĩ nhiên, bộ vi xử lý giá rẻ và sau là thuật toán phát sinh -- 1 bước đột phá rất quan trọng Tôi sẽ nói qua về thuật toán phát sinh
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.
Đó là 1 cách rất hay để giải các bài toán hóc búa sử dụng phép chọn lọc tự nhiên Bạn gặp 1 phép toán khó không thể giải bằng cách giải đơn thuần bạn xây dựng 1 hệ thống mang tính cách mạng để làm các phép thử bạn thêm giới tính nơi mà bạn dùng 1 nửa cách này và 1 nửa cách khác và tạo ra những phép hoán chuyển mới và dùng phép chọn lọc tự nhiên để loại trừ các cách không hay Thông thường, với 1 phép toán phát sinh trên máy tính ngày nay
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.
với 1 bộ xử lý 3 GHz bạn có thể giải nhiều, nhiều phép tính hóc búa trước đây chỉ trong vài phút chúng tôi đã cố gắng tìm ra 1 cách sử dụng các phép toán phát sinh để tạo ra 1 loại thiết bị thu mới Các bạn sẽ thấy công việc chúng tôi đang làm Thông thường các thiết bị thu trông như thế này
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.
chúng có hình dạng parabol Chúng thu các tia tới song song và tập trung vào 1 điểm chúng phải theo sát mặt trời vì chúng cần chỉ trực tiếp vào nó Chúng luôn có 1 góc nghiệm thu 1 độ tức là một khi chúng lớn hơn 1 độ không có tia sáng nào đạt tới tiêu cự Do vậy chúng tôi cố gắng thực hiện 1 phương pháp tạo ra thiết bị thu không theo sát mặt trời thiết bị thu đó không thu nhận ánh sáng lớn hơn 1 độ với các phần tĩnh Chúng tôi tạo ra phép toán phát sinh này để thử chúng tôi làm 1 mô hình vật phản chiếu đa bề mặt cỡ XL và có 1 điều rất đáng ngạc nhiên đã tiến hóa, tiến hóa theo nghĩa đen từ việc thử 1 triệu chu trình, 1 triệu nỗ lực liên tiếp với 1 chức năng phù hợp quyết định cách bạn thu thập nhiều ánh sáng nhất từ các góc , suốt cả ngày từ mặt trời
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.
Và đây là hình dạng đã tiến hóa Chính là thiết bị thu không theo dõi với 6 ăng ten hình sừng trông giống kèn tuba này mỗi chiếc thu thập ánh sáng theo cách sau- nếu ánh sáng đi tới đây nó sẽ trực tiếp phản xạ tới điểm trung tâm nhưng nếu mặt trời nằm ngoài trục và đến từ phía lề nó sẽ đi tới 2 nơi và tạo 2 phản xạ Vậy đối với ánh sánh trực tiếp, nó chỉ tạo 1 phản xạ với tia ngoài trục , nó sẽ tạo 2 phản xạ và với ngoại trục cực, nó sẽ tạo 3 Hiệu suất giảm xuống khi phản xạ tăng vì mỗi phản xạ làm mất 10% nhưng điều này cho phép chúng tôi thu thập ánh sáng từ 1 góc âm hay dương 25 độ Vậy, trong khoảng 2,5 tiếng ban ngày chúng tôi có thể thu với hợp phần tĩnh Mặc dù pin mặt trời thu thập ánh sáng trong 4 tiếng rưỡi
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.
Vào 1 ngày điều chỉnh trung bình, 1 pin mặt trời-- vì mặt trời di chuyển khắp bầu trời Hoạt động chức năng của pin giảm theo đồ thị hình sin tại các góc ngoài trục. Nó thu thập ánh sáng khoảng 4,5 tiếng 1 ngày Cho nên, thậm chí cái này dù rất tuyệt với toàn bộ bộ phận tĩnh chúng tôi có thể đạt được các nhiệt độ cao- nhưng vẫn chưa đủ. Chúng tôi cần vượt trội pin mặt trời
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.
nên chúng tôi đã xem xét 1 ý tưởng khác nữa chúng tôi tìm hiểu cách chia parabol thành các cánh riêng lẻ sẽ theo sát mặt trời Những gì bạn thấy ở đây là 12 cánh riêng lẻ mỗi chiếc được điều khiển bởi 1 bộ vi xử lý giá 1 $ Bạn có thể mua 1 bộ vi xử lý 2 MHz với 1 $ Và bạn có thể mua động cơ bước loại không bao giờ bị mòn vì chúng không có chổi điện, giá 1$ chúng ta có thể điều khiển 12 cánh này dưới 50$ điều này cho phép chúng ta không cần di chuyển tiêu cự nữa mà chỉ di chuyển các cánh đó
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.
Toàn bộ hệ thống sẽ có biên dạng thấp hơn nhiều nhưng chúng ta có thể thu thập ánh nắng trong 6,5 đến 7 tiếng 1 ngày Vì chúng tôi tập trung ánh nắng vậy chúng tôi sẽ đặt gì vào chính giữa để chuyển ánh nắng thành điện ? Chúng tôi xem lại tất cả loại động cơ nhiệt khác nhau đã được sử dụng trong lịch sử để chuyển ánh sáng thành điện năng , hoặc nhiệt năng thành điện năng Và 1 trong những động cơ hay nhất thời đại Động cơ hơi nước của James Watt năm 1788 là 1 đột phá quan trọng James Watt không hẳn là phát minh ra đầu máy hơi nước, ông chỉ hoàn thiện nó Nhưng, bước hoàn thiện của ông thật hoàn hảo Ông đã thêm hướng dẫn chuyển động tuyến tính mới tới các piston 1 bình ngưng tụ để làm mát hơi nước bên ngoài xi-lanh ông đã làm cho động cơ hoạt động kép và tạo công suất kép
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.
Đó chính là bước đột phá to lớn Ý tôi là, tất cả các cải tiến ông đã thực hiện và thật đúng đắn khi đơn vị đo lường năng lượng, watt, ngày nay được đặt theo tên ông Nên chúng tôi đã xem xét loại động cơ này và thấy có tiềm năng Động cơ hơi nước nguy hiểm và chúng gây ảnh hưởng lớn khủng khiếp tới thế giới, như các bạn biết cách mạng công nghiệp, thuyền và đầu máy tàu hỏa Nhưng chúng luôn cần có kích cỡ lớn để vận hành tốt nhất vì thế sẽ không phù hợp với việc phát điện phân phối Nhưng chúng cũng tạo áp lực rất cao, nên rất nguy hiểm
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.
Một loại động cơ khác nữa là động cơ khí nóng cũng không phải do Robert Stirling phát minh nhưng ông đã cải tiến nó vào năm 1816 Loại động cơ này vì-- nó khá thú vị, chỉ hoạt động nhờ không khí, không nhờ hơi nước dẫn đến hàng trăm thiết kế sáng tạo sau này sử dụng nguyên lý động cơ 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.
Nhưng sau động cơ Stirling, Otto xuất hiện và ông cũng không phát minh ra động cơ đốt trong, ông chỉ hoàn thiện nó Ông trưng bày tại Paris năm 1867 và nó là 1 thành tựu to lớn vì nó làm tăng mật độ điện năng của động cơ Bạn bây giờ có thể có nhiều điện trong 1 không gian nhỏ hơn nhiều và cho phép động cơ được dùng cho các ứng dụng di động Vậy, một khi bạn có tính di động bây giờ anh tạo nhiều động cơ vì anh có nhiều đơn vị so với thuyền chạy hơi nước hay các xưởng lớn nơi không tạo nhiều đơn vị như thế nên đây là loại động cơ sinh lợi từ sản xuất quy mô lớn nơi tất cả các loại động cơ khác không sinh lời
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.
vì nó đi vào sản xuất đại trà giá thành được giảm, 100 năm hoàn thiện phát xạ giảm, giá trị sản xuất tăng Đã có hàng trăm triệu động cơ đốt trong được xây dựng so với hàng nghìn động cơ Stirling Và không có nhiều động cơ hơi nước cỡ nhỏ được xây dựng nữa chỉ có cỡ lớn cho vận hành quy mô lớn Cho nên sau khi xem xét 3 loại này và 47 cái khác nữa chúng tôi kết luận động cơ Stirling là phù hợp hơn cả Tôi muốn giải thích ngắn gọn 1 chút về quá trình chúng tôi xem xét cách vận hành của động cơ này
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.
Chúng tôi cố gắng nhìn nhận động cơ Stirling theo 1 cách mới vì nó thiết thực-- trọng lượng không còn là vấn đề trong ứng dụng của chúng ta Động cơ đốt trong không phù hợp vì trọng lượng gây ảnh hưởng khi bạn phải di chuyển Nhưng nếu bạn cố gắng sản xuất năng lượng mặt trời ở vị trí tĩnh trọng lượng không ảnh hưởng nhiều Một điều khác chúng tôi phát hiện ra là hiệu suất không quan trọng lắm
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.
nếu nguồn năng lượng của anh là miễn phí Thông thường, hiệu suất là tối quan trọng vì giá nhiên liệu của động cơ trong suốt tuổi thọ máy ăn đứt giá động cơ nhưng nếu nguồn nhiên liệu của anh miễn phí thì vấn đề duy nhất là giá vốn trả trước của động cơ Anh không muốn tối ưu hóa hiệu suất mà anh muốn tối ưu hóa điện năng trên 1$ Sử dụng cải thiện mới đó với các tiêu chí mới
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.
chúng tôi nghĩ chúng tôi có thể nhìn lại động cơ Stirling và đưa các phép toán tổng hợp vào Về cơ bản, Robert Stirling không nhờ Gordon Moore trước ông để làm cho chúng ta sức mạnh xử lý 3 GHz Chúng tôi dùng phép toán phát sinh tương tự với cái chúng tôi đã dùng trước đó để làm thiết bị thu,nhưng không đạt kết quả như ý muốn để tối ưu hóa động cơ Stirling và làm các kích cỡ và kích thước thiết kế của nó lý tưởng nhất để thu được nhiều điện nhất trên 1$ bất kể trọng lượng , bất kể kích cỡ để chuyển hóa nhiều năng lượng mặt trời nhất, vì mặt trời là miễn phí Và đó là quy trình chúng tôi làm việc-- hãy để tôi cho các bạn xem phương thức hoạt động của động cơ Loại động cơ nhiệt đơn giản nhất mọi thời đại, hay động cơ khí nóng
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.
sẽ là cái này- gồm 1 cái hộp, 1 cái hộp thép với 1 xi-lanh đốt 1 ngọn lửa phía dưới, xi lanh đẩy lên bỏ ngọn lửa đi và đổ nước vào hoặc để nó nguội bớt, xi lanh đẩy xuống Đó là động cơ nhiệt Về cơ bản đó là động cơ nhiệt đơn giản nhất bạn có thể có Vấn đề là hiệu suất là 1% vì bạn đang làm nóng tất cả kim loại trong khoang sau đó làm nguội chúng dần dần Và bạn chỉ lấy được điện năng từ không khí nóng đồng thời nhưng bạn đang lãng phí năng lượng làm nóng và làm nguội kim loại
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.
có người đã có 1 ý tưởng rất thông minh là thay vì làm nóng toàn bộ xi lanh và là nguội toàn bộ xi lanh nếu bạn đặt 1 hòn đá bên trong nhỏ đủ để di chuyển không khí tới lui bạn di chuyển nó lên xuống bằng chút năng lượng nhưng bạn chỉ đẩy không khí xuống đầu nóng và lên đầu nguội xuống đầu nóng và lên đầu nguội. Bây giờ bạn không liên tục làm nóng và nguội kim loại bạn chỉ liên tục làm nóng và nguội không khí Điều đó cho phép bạn tăng hiệu suất lên từ 1% đến 2%
And then Robert Stirling came along with this genius idea, which was, well, I'm still not heating the metal now, with this kind of engine, but I'm still reheating all the air. I'm still heating the air every time and cooling the air every time. What about if I put a thermal sponge in the middle, in the passageway between where the air has to move between hot and cold? So he made fine wires, and cracked glass, and all different kinds of materials to be a heat sponge. So when the air pushes up to go from the hot end to the cold end, it puts some heat into the sponge. And then when the air comes back after it's been cooled, it picks up that heat again. So you're reusing your energy five or six times, and that brings the efficiency up to between 30 and 40 percent. It's a little known, but brilliant, genius invention of Robert Stirling that takes the hot air engine from being somewhat impractical -- like I found out when I made the real simple version in high school -- to very potentially possible, once you get the efficiency up, if you can design this to be low enough cost.
Và sau đó Robert Stirling nghĩ ra ý tưởng thiên tài này bây giờ tôi vẫn không làm nóng kim loại với loại động cơ này, nhưng tôi vẫn đang làm nóng lại tất cả không khí liên tục làm nóng và nguội không khí Vậy nếu tôi đặt 1 miếng xốp nhiệt vào giữa lối đi nơi mà không khí phải di chuyển giữa nóng và lạnh? Ông dùng dây, thủy tinh vỡ và tất cả các loại vật liệu để làm chất xốp nhiệt Khi không khí đẩy lên từ đầu nóng tới đầu lạnh nó đẩy 1 lượng nhiệt vào miếng xốp Và khi không khí quay trở lại sau khi được làm nguội nó lấy lại nhiệt Nên bạn đang tái sử dụng năng lượng 5 hoặc 6 lần và điều đó làm tăng hiệu suất lên 30, 40 % Đó là phát minh thiên tài lỗi lạc nhưng ít được biết đến của Robert Stirling đưa động cơ khí nóng từ 1 chút bất khả thi như tôi thấy khi làm 1 phiên bản đơn giản tại trường cấp 3 đến mức rất tiềm năng Một khi bạn tăng hiệu suất, nếu bạn có thể thiết kế nó với chi phí đủ thấp Nên chúng tôi thực sự bắt tay vào việc giảm chi phí đến mức tối thiểu
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.
chúng tôi xây dựng 1 mô hình toán học khổng lồ về cơ chế làm việc của động cơ Stirling Chúng tôi áp dụng phép toán phái sinh Chúng tôi thu được kết quả từ đó cho động cơ tối ưu chúng tôi xây dựng các động cơ-- 100 động cơ khác nhau trong 2 năm qua Đo đạc từng cái một, chúng tôi tái điều chỉnh mô hình theo số liệu đo đạc sau đó dẫn tới nguyên mẫu hiện nay Một động cơ chắc chắn và giá rẻ Và đây là hình ảnh của động cơ đó Để tôi cho các bạn thấy nó thực sự trông như thế nào
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.
Vật động cơ đó đây Một xi lanh nhỏ dưới này giữ máy phát bên trong với các liên kết và cái nắp bịt nóng--xi lanh nóng bên trên phần này bị làm nóng, phần này bị làm lạnh và điện được tạo ra Giá trị ngược chuẩn xác cũng đúng Nếu bạn cho dòng điện chạy vào, cái này sẽ nóng lên còn cái này nguội đi và bạn có kỹ thuật làm lạnh Vậy, đó là chu trình đảo lộn hoàn chỉnh 1 chu trình rất hiệu quả và dễ dàng thực hiện Bây giờ bạn đặt 2 cái với nhau
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.
và bạn có động cơ Thế còn nếu bạn kết hợp các cánh với động cơ ở trung tâm? Các cánh theo dõi và động cơ lấy ánh nắng tập trung thu nhiệt đó và chuyển hóa thành điện năng Đây là hình ảnh nguyên mẫu đầu tiên của hệ thống chúng tôi với các cánh và động cơ ở trung tâm Nó đang hoạt động dưới mặt trời Bây giờ tôi muốn cho các bạn thấy hệ thống đó đích thực trông ra sao
(Applause)
(Vỗ tay)
Thank you.
Xin cảm ơn.
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.
Vậy đây là 1 đơn vị với 12 cánh Mỗi cánh giá 1$ nhẹ, bằng nhựa phun bắt bu lông, và được phủ nhôm Cơ chế điều khiển mỗi cánh là ở phía dưới với 1 bộ vi xử lý cho mỗi cánh Trên động cơ có các cặp nhiệt điện- các bộ cảm ứng nhỏ tìm kiếm nhiệt khi ánh nắng chiếu tới Mỗi cánh tự điều chỉnh riêng lẻ để giữ nhiệt độ cao nhất Khi mặt trời ló rạng vào sáng sớm, các cánh này sẽ tìm kiếm mặt trời. bằng cách tìm kiếm nhiệt độ cao nhất Khoảng 1 phút rưỡi hoặc 2 phút, sau khi tia sáng chiếu tới cái núm nóng động cơ sẽ đủ nóng để khởi động sau đó động cơ sẽ phát điện khoảng 6 tiếng rưỡi 1 ngày 6 tiếng rưỡi đến 7 tiếng khi mặt trời di chuyển khắp bầu trời. Phần mấu chốt mà chúng tôi tận dụng
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.
là chúng tôi có các bộ vi xử lý giá rẻ và mỗi cánh đều tự xử lý mỗi cánh xác định vị trí mặt trời mà không cần thiết lập người dùng Nên bạn khỏi cần xác định mình đang ở vĩ độ-kinh độ nào hay góc taluy của mái nhà là bao nhiêu hoặc định phương hướng. Tất cả đều không ảnh hưởng gì. Hệ thống tìm kiếm điểm nóng nhất nó tái tìm kiếm nửa giờ sau và 1 ngày sau 1 tháng sau Căn bản nó xác định bạn đang ở chỗ nào trên trái đất nhờ quan sát hướng di chuyển của mặt trời vì thế bạn không cần nạp bất kỳ dữ liệu liên quan nào hết
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.
Cách đơn vị hoạt động là khi mặt trời xuất hiện động cơ sẽ khởi động và bạn thu được điện năng ở đây chúng tôi có AC và DC, có DC 12 V có thể được sử dụng cho 1 số ứng dụng nhất định. Chúng ta có bộ đảo điện ở đó, nên bạn có AC 117V và cả nước nóng Nước nóng thì tùy chọn cho người sử dụng. bạn không bắt buộc phải sử dụng nước nóng, nó sẽ tự làm mát Nhưng bạn có thể dùng nó để đun nước nóng nếu muốn điều đó nâng cao hiệu suất vì 1 số nhiệt bạn thường bỏ có thể được dùng làm năng lượng hữu ích, cho bể bơi chẳng hạn
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.
Các bạn hãy xem 1 bộ phim nhanh để rõ hơn về cơ chế hoạt động Đây là thử nghiệm đầu tiên ngoài trời và mỗi cánh đang độc lập tìm kiếm Và những gì chúng làm là bước, ban đầu thì rất thô sau đó thì nhẹ nhàng hơn Một khi nhiệt kế đọc nhiệt độ và chỉ ra các cánh đã tìm thấy mặt trời sau đó chúng giảm tốc và thực hiện tìm kiếm tiếp theo tất cả các cánh sẽ di chuyển vào vị trí và động cơ khởi động Chúng tôi đã thực hiện việc này trong 2 năm qua.
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.
Chúng tôi rất hào hứng với tiến triển đã đạt được mặc dù con đường phía trước còn rất gian nan các bạn hãy nghe tôi nói 1 chút về điều đó Chúng tôi hình dung nó sẽ nằm trong hệ thống lắp đặt dân dụng bạn có thể có hơn 1 đơn vị trên mái nhà. Có thể trên mái nhà, sân sau hoặc nơi nào đó Bạn không cần có đủ đơn vị để cung cấp điện cho toàn bộ ngôi nhà bạn chỉ tiết kiệm tiền bạc với mỗi đơn vị gia tăng
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.
Bạn vẫn sẽ dùng hệ thống dây, với loại ứng dụng này, để làm nguồn cung cấp thứ cấp- tất nhiên là bạn không thể dùng hệ thống vào ban đêm và những ngày thời tiết u ám Nhưng bằng cách giảm việc sử dụng năng lượng, nhất là vào giờ cao điểm thường là khi bạn bật máy điều hòa nó phát ra nhiều điện nhất vào giờ cao điểm sử dụng nên nó mang tính bổ sung theo cách đó Đây là cách chúng tôi hình dung 1 ứng dụng dân dụng
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.
Chúng tôi cũng nghĩ có tiềm năng lớn cho các trang trại năng lượng đặc biệt ở vùng xa xôi có nhiều ánh nắng Đó là sự kết hợp rất hay của 2 yếu tố Hóa ra có rất nhiều nơi có nắng gắt trên khắp thế giới nhưng ở những vùng đặc biệt có giá thuê đất rẻ và cũng ở nhiều nơi có phong năng cao Hãy xem ví dụ sau, đây là bản đồ Hoa Kỳ có khá nhiều nơi không có màu xanh lá cây hoặc da trời, đó là những vùng lý tưởng nhưng thậm chí các vùng có hiển thị 2 màu xanh đó cũng rất tốt chỉ là không bằng các vùng màu đỏ, cam và vàng Nhưng điểm nóng xung quanh Las vegas và thung lũng Tử Thần và vùng đó cực kỳ tốt Điều này tác động tới giai đoạn thu hồi vốn không có nghĩa là bạn không thể sử dụng năng lượng MT Bạn có thể dùng nó mọi nơi trên trái đất. Nó chỉ tác động tới giai đoạn thu hồi vốn nếu bạn so sánh với điện lưới. Nhưng nếu bạn không có điện lưới thì toàn bộ vấn đề thu hồi vốn lại hoàn toàn khác Chỉ là bao nhiêu watt bạn có cho mỗi đô la và bạn được lợi gì từ việc sử dụng năng lượng đó để thay đổi cuộc sống của mình
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.
Đây là bản đồ của Hoa Kỳ Đây là bản đồ của trái đất 1 lần nữa, bạn có thể thấy 1 vạt cỏ khổng lồ ở giữa ở nơi mà 1 lượng dân số lớn sống Có nhiều khủng khiếp các cơ hội cho năng lượng MT. Và tất nhiên, hãy nhìn vào châu Phi Tiềm năng tận dụng năng lượng MT ở đó thật khó tin nổi và tôi thực sự muốn nói thêm về tìm kiếm cách thức chúng ta có thể khai thác nó
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.
Vậy, tóm lại, tôi muốn nói chuyến đi đã cho tôi thấy rằng các bạn có thể nhìn nhận các ý tưởng cũ dưới ánh sáng mới và đôi khi cả những ý tưởng đã bị thải bỏ trong quá khứ đều có thể phát huy tác dụng nếu bạn áp dụng công nghệ và kỹ thuật mới Chúng tôi tin chúng tôi đang tiến đến gần tính thiết thực và giá cả phải chăng. Mục tiêu ngắn hạn là 1 nửa giá của pin MT và dài hạn là thời gian thu hồi vốn dưới 5 năm Và với 5 năm thu hồi vốn, tức khắc sẽ mang lai loi nhuận kinh tế Vậy bạn không phải chỉ có thái độ có cảm tình với năng lượng để muốn có 1 trong số những thứ này Nó đơn giản mang ý nghĩa kinh tế cao Ngay lúc này, thu hồi vốn cho năng lượng MT là từ 30-50 năm Nếu giảm xuống còn dưới 5 năm, nó sẽ không tốn trí lực lắm vì nhờ nhu cầu sở hữu nó- không thiếu người sẽ cung cấp tài chính cho bạn và bạn có thể kiếm tiền ngay từ ngày thứ nhất Vậy, đó là mục tiêu thực sự mà chúng tôi đang nhắm tới cho công ty. 2 điều khác tôi đã học được, khiến tôi không khỏi ngạc nhiên
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.
1 là chúng ta rất cẩu thả với năng lượng Tôi đang đi từ thang máy trên này, và chỉ nhìn vào sân khấu ngay bây giờ có khoảng 20 bóng đèn 500W đang sáng Vậy là 10,000W ánh sáng đang tràn trên sân khấu 1 mã lực là 756W Vậy cần 15 con ngựa chạy hết mã lực để thắp sáng sân khấu này. Chưa kể đến 200 con ngựa đang chạy lúc này để giữ máy điều hòa chạy. Và thật ngạc nhiên, đi trong thang máy và trong thang máy thì có đèn Tất nhiên, tôi khá nhạy cảm ở nhà khi chúng ta cứ để đèn sáng mà không biết Nhưng mọi nơi quanh chúng ta, nhu cầu sử dụng năng lượng không bao giờ là thỏa mãn
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.
vì nó khá rẻ Và nó rẻ vì chúng ta được bao cấp bởi năng lượng tập trung bởi MT Cơ bản, dầu là năng lượng MT tập trung. Nó được nghiền nát hàng triệu năm nhờ năng lượng để có tất cả ngần ấy năng lượng chứa bên trong Và theo tôi chúng ta không có quyền thừa kế để sử dụng hết nhanh nhất có thể và thật tuyệt nếu chúng ta có thể tìm ra cách tái tạo năng lượng như tốc độ chúng ta sử dụng và tạo ra năng lượng là như nhau tôi chân thành hy vọng chúng ta có thể đạt được điều đó Xin cảm ơn các bạn đã lắng nghe.
Thank you very much, you've been a great audience.
(Vỗ tay)