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TED2003

Bill Gross: A solar energy system that tracks the sun

ビル・グロス: 太陽を追跡する太陽光エネルギー装置

Filmed
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Idealab の創立者であるビル・グロスは、高校時代に始めた太陽エネルギーの図面と道具一式を販売する会社など、発明家としての人生について語ります。革新的な太陽電池システムと未解決の問題について学ぼう。

- Idea guy
Bill Gross founded Idealab, an incubator of new inventions, ideas and businesses. Full bio

00:18
Right when I was 15 was when I first got interested in solar energy.
私は15歳の時に
太陽エネルギーに興味を持ち始めました
そのころ雪のニュージャージー州
フォートリーから
00:21
My family had moved from Fort Lee, New Jersey to California,
灼熱とガソリン行列のカリフォルニアに
引っ越しました
00:24
and we moved from the snow to lots of heat, and gas lines.
1973年にガスの割当配給がありました
00:27
There was gas rationing in 1973.
エネルギー危機は全速力で進んでいました
00:29
The energy crisis was in full bore.
『ポピュラー・サイエンス』誌を読み始め
00:31
I started reading Popular Science magazine,
この危機を救えるかもしれない
00:33
and I got really excited about the potential of solar energy
太陽エネルギーの可能性に興奮しました
00:36
to try and solve that crisis.
高校では三角関数の授業を選択し
00:38
I had just taken trigonometry in high school,
放物線が光を
00:40
I learned about the parabola
一点に集中させることを学びました
00:42
and how it could concentrate rays of light to a single focus.
とても興味を持ちました
00:44
That got me very excited.
光を集める装置を
00:46
And I really felt that there would be potential
作る可能性を感じました
00:48
to build some kind of thing that could concentrate light.
それで ソーラー・デバイシィズという
会社を始めました
00:50
So, I started this company called Solar Devices.
そこでパラボラ反射板を組立て
00:53
And this was a company where I built parabolas,
金属加工の授業を取り
00:56
I took metal shop,
工作室でパラボラとスターリングエンジンを
組み立てたのを覚えています
00:58
and I remember walking into metal shop building parabolas and Stirling engines.
作業台の上でやっていたら
01:00
And I was building this Stirling engine over on the lathe,
暴走族が来て
01:02
and all the biker guys -- motorcycle guys -- came over
「水パイプ作ってるんだろう」と聞かれ
01:04
and said, "You're building a bong, aren't you?"
「いや スターリングエンジンだよ」と答えました
01:06
And I said, "No, it's a Stirling engine. It really is."
でも 信じてもらえませんでした
01:08
But they didn't believe me.
エンジンと反射板の図面を
01:10
I sold the plans for this engine and for this dish
『ポピュラーサイエンス』誌の広告欄に
「一つ4ドル」と広告を出しました
01:13
in the back of Popular Science magazine, for four dollars each.
カリフォルニア工科大学一年目の学費を
払うのに十分なお金を稼ぐ事ができました
01:16
And I earned enough money to pay for my first year of Caltech.
カリフォルニア工科大学に入れて
とても興奮しました
01:19
It was a really big excitement for me to get into Caltech.
大学一年目は仕事も続けました
01:22
And my first year at Caltech, I continued the business.
2年目からは成績評価が始まりました
01:25
But then, in the second year of Caltech, they started grading.
一年目は合格か不合格だけでしたが
2年目からは段階がつきました
01:28
The whole first year was pass/fail, but the second year was graded.
仕事を続けられなくなり
01:31
I wasn't able to keep up with the business,
結局25年の遠回りになりました
01:33
and I ended up with a 25-year detour.
実用的な費用で太陽エネルギーを
利用するのが夢でしたが
01:35
My dream had been to convert solar energy at a very practical cost,
大きな遠回りをしました
01:38
but then I had this big detour.
まずはカリフォルニア工科大学での勉強
01:40
First, the coursework at Caltech.
そして卒業した頃 IBM PCが出回り始め
01:42
Then, when I graduated from Caltech, the IBM P.C. came out,
1981年にそれにはまりました
01:45
and I got addicted to the IBM P.C. in 1981.
1983年にLotus1-2-3が出て
01:47
And then in 1983, Lotus 1-2-3 came out,
それに圧倒されました
01:49
and I was completely blown away by Lotus 1-2-3.
1-2-3を使って会社を運営し
1-2-3用のアドインソフトを書き
01:51
I began operating my business with 1-2-3, began writing add-ins for 1-2-3,
1-2-3用の自然言語インターフェイスを作りました
01:55
wrote a natural language interface to 1-2-3.
Lotusに加わった後教育ソフトウェア会社を始め
01:58
I started an educational software company after I joined Lotus,
そして 複数の会社を一つ屋根の下で
続けて始められるよう
02:00
and then I started Idealab
’アイデアlab’を始めました
02:02
so I could have a roof under which I could build multiple companies in succession
ずっと後になって 2000年に
大きなエネルギー危機となるとうわさされていた
02:05
Then, much much later -- in 2000, very recently -- the new California energy crisis --
カリフォルニアエネルギー危機が
近づいていました
02:10
or what was purported to be a big energy crisis -- was coming.
なにかいい方法は無いかと考えました
02:13
And I was trying to figure if there was some way
危機が本当に来たときに 人々が
02:15
we could build something that would capitalize on that
バックアップのエネルギーを
02:17
and try and get people back-up energy,
確保できる器具を作ることができないだろうか
02:19
in case the crisis really came.
そこで 5時間 10時間
あるいは1日から3日程使える
02:21
And I started looking at how we could build battery back-up systems
電池のバックアップシステムを
02:23
that could give people five hours, 10 hours, maybe even a full day,
作ることを検討し始めました
02:26
or three days' worth of back-up power.
本日の前の話で聞かれたとおり
02:28
I'm glad you heard earlier today,
電池は燃料のようにエネルギー密度が
高くありません
02:30
batteries are unbelievably energy -- lack of density compared to fuel.
燃料は電池よりずっと多くのエネルギーを
蓄えることができます
02:35
So much more energy can be stored with fuel than with batteries.
ガレージの面積を全部使ってやっと
02:38
You'd have to fill your entire parking space of one garage space
4時間分の電池バックアップができます
02:40
just to give yourself four hours of battery back-up.
他の貯蓄可能なエネルギー技術を調べてみて
02:43
And I concluded, after researching every other technology
例えば はずみ車や異なる原理の電池など
02:46
that we could deploy for storing energy --
実用的ではないという
02:48
flywheels, different formulations of batteries --
結論に至りました
02:51
it just wasn't practical to store energy.
エネルギーを作れないだろうか?
02:53
So what about making energy?
作れるかもしれない
02:55
Maybe we could make energy.
考えてみました 
太陽発電でうまくいくかもしれない
02:57
I tried to figure out -- maybe solar's become attractive.
以来 25年が経ちました
02:59
It's been 25 years since I was doing this,
太陽電池にどんな進歩があったか
振り返って見ようと思います
03:01
let me go back and look at what's been happening with solar cells.
値段は 1ワット10ドルから4か5ドルに減り
03:03
And the price had gone down from 10 dollars a watt to about four or five dollars a watt,
そこで下げ止まりです
03:07
but it stabilized.
経済性をそなえるには
もっとずっと安くなる必要があります
03:09
And it really needed to get much lower than that to be cost effective.
太陽電池に起きた革新的なことを研究し
03:11
I studied all the new things that had happened in solar cells,
そして改造してもっと
03:13
and was trying to look for ways we could innovate
安くできる方法を模索しました
03:15
and make solar cells more inexpensively.
それを可能にできる方法はいっぱいありますが
03:18
There are a lot of new things that are happening to do that,
基本的に 製造段階で
非常に多くのエネルギーを必要とします
03:20
but fundamentally the process requires a tremendous amount of energy.
電池を作るのに必要なエネルギー量は
03:24
Some people even say it takes more energy to make a solar cell
太陽電池が寿命までに発電する量より
多いという人もいます
03:26
than it will give out in its entire life.
もし 製造に必要なエネルギーを
減らす事ができれば
03:28
Hopefully, if we can reduce the amount of energy it takes to make the cells,
もっと実用的になると思います
03:31
that will become more practical.
しかし 現在では シリコンを900度のオーブンで
03:33
But right now, you pretty much have to take silicon,
17時間加熱して 電池を作ります
03:35
put it in an oven at 1600 degrees Fahrenheit for 17 hours, to make the cells.
多くの人がそれを減らそうと頑張っていますが
03:39
A lot of people are working on things to try and reduce that,
この分野で私は貢献することはできません
03:41
but I didn't have anything to contribute in that area.
他の面でもっと経済的にできないかと
苦慮しました
03:43
So I tried to figure out what other way could we try and make cost-effective solar electricity.
そこで得たアイデアは
高校時代に考えていたような
03:47
So I thought of an idea -- what if we collect the sun with a large reflector --
大きな反射板で
太陽光線を集められたらどうだろうということです
03:50
like I had been thinking about way back when, when I was in high school --
最近の技術でもっと安く 大きな集光器を作り
03:52
but maybe with modern technology we could make a cheaper, large collector,
小さな変換器に光を集められます
03:55
concentrate it to a small converter,
そうすれば変換器はさほど高くならないでしょう
03:57
and then the conversion device wouldn't have to be as expensive,
というのは
03:59
because it's much smaller, rather than solar cells,
太陽エネルギーを受け取る全受光面を
覆わなければならない太陽電池と違って
小さいからです
04:02
which have to be covering the entire surface area that you want to gather sun from.
これは25年前に考えた時より
技術が発展した今
04:05
This seemed practical now,
実用的に思えます
04:07
because a lot of new technologies had come in the 25 years since I had last looked at it.
まずは 新しい製造技術です
04:11
First of all, there was a lot of new manufacturing techniques,
安価な小型モーターは言うまでもなく
04:13
not to mention really cheap miniature motors --
ブラシレスモーター、サーボモーター
そしてプリンターや
04:16
brushless motors, servo motors, stepper motors,
スキャナーなどに使われている
ステッパーモーターなど
04:18
that are used in printers and scanners and things like that.
革新的です
04:20
So, that's a breakthrough.
もちろん安価なマイクロプロセッサーもそうですし
04:22
Of course, inexpensive microprocessors
重要な飛躍が
遺伝的アルゴリズムの使用にありました
04:24
and then a very important breakthrough -- genetic algorithms.
簡単に説明すると
04:26
I'll be very short on genetic algorithms.
これは処理しにくい問題を
自然選択の論理で解決する強力な方法です
04:28
It's a powerful way of solving intractable problems using natural selection.
純粋な数学では解決できない問題を
04:32
You take a problem that you can't solve with a pure mathematical answer,
進化的なシステムを組立て
複数回の試行を通じて推測する
04:35
you build an evolutionary system to try multiple tries at guessing,
性の進化的役割も考慮し
04:38
you add sex --
つまり別々の解決方法を半分づつ合わせて
新しい変異体を創り出す
04:40
where you take half of one solution and half of another and then make new mutations --
そして 自然選択を使って良くない解決方法を
切り捨てます
04:43
and you use natural selection to kill off not as good solutions.
普通 遺伝アルゴリズムを使って
04:46
Usually, with a genetic algorithm on a computer today,
3GHzプロセッサーを搭載した
コンピュータを使って
04:49
with a three gigahertz processor
以前処理できなかった問題を
04:51
you can solve many, many formerly intractable problems
数分で解決できます
04:54
in just a matter of minutes.
私達は 遺伝アルゴリズムを使って
新しいタイプの
04:56
We tried to come up with a way to use genetic algorithms
集光器を創り出そうと試みました
04:59
to create a new type of concentrator.
お見せしましょう
05:01
And I'll show you what we came up with.
従来の集光器はこんなものです
05:03
Traditionally, concentrators look like this.
これらは放物線です
05:05
Those shapes are parabolas.
平行光線を一点に集中します
05:07
They take all the parallel incoming rays and focus it to a single spot.
常に太陽に正面から向かう必要があるため
太陽の動きを追跡します
05:10
They have to track the sun, because they have to be pointing directly at the sun.
通常1度程の許容角度しかありません
05:12
They usually have about a one degree acceptance angle,
それ以上少しでもずれると
05:15
meaning once they're more than about a degree off,
集光できなくなります
05:17
none of the sunlight rays will hit the focus.
そこで 追跡の必要のない集光器
05:19
So we tried to come up with a way of making a non-tracking collector,
1度以上の広い角度から太陽光線が集められ
05:21
a collector that would gather much more than one degree of light,
可動部品の無いものを開発しました
05:23
with no moving parts.
そこで この考えを試すため
遺伝アルゴリズムを使って造りました
05:25
So we created this genetic algorithm to try this out,
エクセルで多面反射板のモデルを作り
05:27
we made a model in XL of a multi-surface reflector,
驚くべき結果が文字通り進化しまれた
05:30
and an amazing thing evolved, literally evolved,
10億回の繰り返しと試行の結果
05:32
from trying a billion cycles, a billion different attempts,
太陽から一日に一番広い角度から
一番多く光を集めることのできる
05:35
with a fitness function that defined how can you collect the most light,
適合関数ができました
05:39
from the most angles, over a day, from the sun.
これが出来上がったた形です
05:41
And this is the shape that evolved.
6本あるチューバのような管を持つ
非追跡型の集光器は
05:43
It's this non-tracking collector with these six tuba-like horns,
それぞれ次のような方法で光を集めます
05:46
and each of them collect light in the following way --
光がここに当たると
05:49
if the sunlight strikes right here,
まっすぐに中央のホットスポットに反射します
05:51
it might bounce right to the center, the hot spot, directly,
もし 光が軸からずれて端から入ると
05:53
but if the sun is off-axis and comes from the side,
2箇所にあたり 2回反射するかもしれません
05:56
it might hit two places and take two bounces.
直射日光だと一回
05:59
So for direct light, it takes only one bounce,
軸からずれると二回
06:01
for off-axis light it might take two,
極端に軸からはずれると
三回反射するかもしれません
06:04
and for extreme off-axis, it might take three.
一回の反射につき10%の光を失うので
06:06
Your efficiency goes down with more bounces,
反射回数とともに効率は減少します
06:08
because you lose about 10 percent with each bounce,
しかしこれによって +/-25度の角度から
光を集めることが可能になりました
06:10
but this allowed us to collect light from a plus or minus 25 degree angle.
一日に2時間半 静止した部品で
集光できるようになりました
06:14
So, about two and a half hours of the day we could collect with a stationary component.
太陽電池は4時間半にわたって光を集めます
06:19
Solar cells collect light for four and a half hours though.
平均的な一日には
06:22
On an average adjusted day, a solar cell --
太陽は空を横切るため
06:24
because the sun's moving across the sky,
太陽が中心軸から外れると
電池の発電効率は
06:26
the solar cell is going down with a sine wave function of performance
正弦関数的に落ちます
06:29
at the off-axis angles.
一日平均4時間半 太陽光を集めます
06:31
It collects about four and a half average hours of sunlight a day.
動かす必要が無く 高い温度に達することが
06:33
So, even this, although it was great with no moving parts --
できますが十分ではありませんでした
06:36
we could achieve high temperatures -- wasn't enough.
太陽電池を負かす必要がありました
06:38
We needed to beat solar cells.
他のアイデアを試して見ました
06:40
So we took a look at another idea.
パラボラを単弁に分け
それぞれに追跡させる方法です
06:42
We looked at a way to break up a parabola into individual petals that would track.
12個の単弁が それぞれ
06:45
So what you see here is 12 separate petals,
1ドルしかしないマイクロプロセッサーによって
06:48
that each could be controlled with individual microprocessors
コントロールされています
06:51
that would only cost a dollar.
2MHzのマイクロプロセッサーは
1ドルで購入できます
06:53
You can buy a two megahertz microprocessor for a dollar now.
1ドルで
06:56
And you can buy stepper motors that pretty much never wear out
ブラシがないため めったに壊れない
ステッピング・モーターが買えます
06:59
because they have no brushes, for a dollar.
12個の単弁を50ドル以下でコントロールできます
07:02
We can control all 12 of these petals for under 50 dollars
これで 焦点の移動が不要となり
07:06
and what this would allow us to do is not have to move the focus any more,
単弁をだけを動かすことになりました
07:09
but only move the petals.
このシステムの背は低いが
07:11
The whole system would have a much lower profile,
一日6時間半から7時間の光を
集める事ができます
07:13
but also we could gather sunlight for six and a half to seven hours a day.
光を集める事が可能となった今
07:16
Now that we have concentrated sunlight,
何を使って光を電気に変換するのか?
07:18
what are we going to put at the center to convert sunlight to electricity?
今まで使われてきた色々な熱エンジンを研究し
光を電気に
07:21
So we tried to look at all the different heat engines that have been used in history
または熱を電気に変換する方法を試しました
07:26
to try and convert sunlight to electricity, or heat to electricity.
一番有効的かつ画期的なのが
07:29
And one of the great ones of all time,
1788年にジェームス・ワットの発明した
蒸気機関です
07:31
James Watt's steam engine of 1788 was a major, major breakthrough.
ワットは蒸気エンジンを
発明した訳ではありません 改良しただけです
07:34
James Watt didn't actually invent the steam engine, he just refined it.
だが この改良が驚くべき物です
07:37
But, his refinements were incredible.
新しくピストンにリニアモーションガイドを
07:39
He added new linear motion guides to the pistons,
シリンダーの外に蒸気を冷却する冷却器を加え
07:41
he added a condenser to cool the steam outside the cylinder,
複動式エンジンに改造し
パワーを2倍に増加させました
07:44
he made the engine double-acting so it had double the power.
彼が行った全ての改良が
07:46
Those were major breakthroughs.
画期的な進歩となったので
07:48
I mean, all of the improvements he made --
彼に因んでエネルギーの単位が
「ワット」となったのもうなずけます
07:52
and it's justifiable that our measure of energy, the watt, today is named after him.
このエンジンを見て 可能性があると思いました
07:56
So we looked at this engine, and this had some potential.
蒸気エンジンは危険です
07:58
Steam engines are dangerous,
皆さんもご存知の通り産業革命 船
08:00
and they had tremendous impact on the world, as you know --
機関車と世界に巨大な影響を与えました
08:02
industrial revolution and ships and locomotives.
それらは大きいほどよいため
08:04
But they're usually good to be large,
パワー分散の時代には向いていません
08:06
so they're not good for distributed power generation.
しかも 高圧のため とても危険です
08:08
But they're also very high pressure, so they're dangerous.
もう一つは熱気エンジンです
08:11
Another type of engine is the hot air engine.
熱気エンジンもロバート・スターリングによって
発明されたわけではなく
08:14
And the hot air engine also was not invented by Robert Stirling,
1816年にスターリングによって
徹底的に改良されたものです
08:17
but Robert Stirling came along in 1816 and radically improved it.
蒸気ではなく 空気で動く
この奇妙なエンジンを使い
08:20
This engine, because it was so interesting -- it only worked on air, no steam --
数年の間 数百種の創造性あるデザインが
08:24
has led to hundreds of creative designs over the years
生まれました
08:27
that use the Stirling engine principle.
しか し スターリングの後
08:29
But after the Stirling engine, Otto came along,
オットーは改良した内燃式エンジンを
発表しました
08:31
and also, he didn't invent the internal combustion engine, he just refined it.
1867年にパリで展示し
08:34
He showed it in Paris in 1867,
エンジンのパワー密度が
08:36
and it was a major achievement
大幅に向上するという重要な成果をあげました
08:38
because it brought the power density of the engine way up.
小さいスペースで
より大きなパワーを得られるようになり
08:40
You could now get a lot more power in a lot smaller space,
移動に適用可能なエンジンが生まれました
08:43
and that allowed the engine to be used for mobile applications.
移動が可能になると
08:46
So, once you have mobility,
より多くの製品に使用できるようになり
エンジン製造数が増加しました
08:48
now you're making a lot of engines because you've got lots of units,
蒸気船や工場用エンジンの
製造数は少なかったのに対して
08:51
as opposed to steam ships or big factories where you're not making as many units,
内燃式エンジンは
他のエンジンが得られなかった
08:54
so this was the engine that ended up benefiting from mass production
大量生産からの恩恵を手に入れました
08:57
where all the other engines didn't benefit.
大量生産になったため
08:59
So, because it went into mass production,
コストが削減され 100年間改良が続けられ
09:00
costs were reduced, 100 years of refinement,
排気ガスを減らし 注目されました
09:03
emissions were reduced, tremendous production value.
内燃式エンジンは数億台製造されましたが
09:06
There have been hundreds of millions of internal combustion engines built,
スターリングエンジンは
数千台の製造にとどまりました
09:08
compared to thousands of Stirling engines built.
小型蒸気エンジンの生産数はさらに少なく
09:11
And not nearly as many small steam engines being built anymore,
もっぱら大規模事業所用の大型エンジン
だけでした
09:14
only large ones for big operations.
この3種類とほかにも47種類を見比べたあと
09:16
So after looking at these three, and 47 others,
スターリングエンジンが最も適しているという
結論を出しました
09:19
we concluded that the Stirling engine would be the best one to use.
どういう風に研究したか どういう働きをするのか
簡単に説明したいと思います
09:22
I want to give you a brief explanation of how we looked at it and how it works.
重さはもはや関係しないため
09:26
So we tried to look at the Stirling engine in a new way,
09:28
because it was practical -- weight no longer mattered for our application
実用的であるスターリングエンジンを
新しい角度から見てみようとしました
内燃式エンジンが大成功した理由は
09:33
The internal combustion engine took off because weight mattered
軽く持ち運びが便利だからです
09:36
because you were moving around.
しかし
09:38
But if you're trying to generate solar energy in a static place
固定した位置で太陽エネルギーを起こすとなると
重さはほぼ無関係となります
09:40
the weight doesn't matter so much.
もう一つの発見は エネルギー源が無料だと
09:42
The other thing we discovered is that efficiency doesn't matter so much
効率は気にしなくても良くなるということです
09:45
if your energy source is free.
通常 エンジンの一生に使う燃料の費用は
09:47
Normally, efficiency is crucial
エンジン自体のコストを越えるため
効率は重要です
09:49
because the fuel cost of your engine over its life dwarfs the cost of the engine.
燃料が無料だと
09:53
But if your fuel source is free,
前払いの資本支出だけを考えればよい
09:55
then the only thing that matters is the up-front capital cost of the engine.
効率ではなく 1ドルあたり作れるパワーを
09:58
So you don't want to optimize for efficiency,
最大限にしたいわけです
10:00
you want to optimize for power per dollar.
この新しい考え方と基準を持って
10:02
So using that new twist, with the new criteria,
スターリングエンジンを再検討し
10:04
we thought we could re-look at the Stirling engine,
さらにそれに 遺伝アルゴリズムを加えました
10:06
and also bring genetic algorithms in.
基本的に スターリングはゴードン・ムーアよりも
前の人なので
10:08
Basically, Robert Stirling didn't have Gordon Moore before him
3GHzプロセッサーパワーを使えませんでした
10:12
to get us three gigahertz of processor power.
そこで 前に使った遺伝アルゴリズムを持ち出し
10:14
So we took the same genetic algorithm that we used earlier
集光器を作り
10:16
to make that concentrator, which didn't work out for us,
スターリングエンジンを最大限に利用するため
10:18
to optimize the Stirling engine,
1ドルあたり最高パワーを得るために
10:21
and make its design sizes and all of its dimensions
大きさと寸法を最適な条件に合わせて
10:24
the exact optimum to get the most power per dollar,
重さと大きさに縛られず
10:27
irrespective of weight, irrespective of size,
太陽光は無料なので 太陽エネルギーを
できるだけ変換できるようデザインしました
10:30
to get the most conversion of solar energy, because the sun is free.
これが手順です 
エンジンの働きを見てみましょう
10:33
And that's the process we took -- let me show you how the engine works.
最も簡単な熱エンジン または熱気エンジンは
10:36
The simplest heat engine, or hot air engine, of all time
箱と缶をピストンと組み合わせた物です
10:39
would be this -- take a box, a steel canister, with a piston.
下を火で熱すると ピストンが上昇します
10:43
Put a flame under it, the piston moves up.
火を消すか 水をかけるか冷まさせたりすると
ピストンは降下します
10:45
Take it off the flame and pour water on it, or let it cool down, the piston moves down.
これが熱エンジンです
10:49
That's a heat engine.
最も基本的な熱エンジンです
10:51
That's basically the most fundamental heat engine you could possibly have.
問題は
効率が100分の1パーセントということです
10:53
The problem is the efficiency is one hundredth of one percent,
なぜならば 一々 全ての金属を熱し
10:56
because you're heating all the metal of the chamber
全ての金属を冷やしているからです
10:59
and then cooling all the metal of the chamber each time.
熱せられた空気からしか
パワーを得る事ができなく
11:01
And you're only getting power from the air that's heating at the same time,
金属を
11:04
but you're wasting all the energy heating the metal and cooling the metal.
熱する時と冷やす時に使われたエネルギーは
浪費されます
そこで 賢いアイデアが生まれました
11:06
So someone came up with a very clever idea,
シリンダーを全部熱したり
冷やしたりする代わりに
11:08
to -- instead of heating the whole cylinder and cooling the whole cylinder,
中に空気を前後に動かす物を
11:11
what about if you put a displacer inside --
置いたらどうだろう
11:13
a little thing that shuttles the air back and forth.
それを動かすのに少しエネルギーが要るが
11:15
You move that up and down with a little bit of energy
空気を熱極と冷極の間を動かすだけ
11:18
but now you're only shifting the air down to the hot end and up to the cold end,
空気を熱極と冷極の間を動かすだけ
11:21
down to the hot end and up to the cold end.
つまり 金属ではなく
11:23
So, now you're not alternately heating and cooling the metal,
空気を熱したり冷やしたりしているわけです
11:25
you're just alternately heating and cooling the air.
これによって効率は100分の1パーセントから
11:27
That allows you to get the efficiency up from a hundredth of a percent
2パーセントに上げられました
11:29
to about two percent.
スターリングはさらに
天才的なアイデアを出しました
11:31
And then Robert Stirling came along with this genius idea,
このようなエンジンでは
金属を熱するのではありませんが
11:33
which was, well I'm still not heating the metal now,
空気を再加熱しているわけです
11:37
with this kind of engine, but I'm still reheating all the air.
毎回空気を加熱し 冷却しています
11:39
I'm still heating the air every time and cooling the air every time.
熱い所と冷たい所の間を空気が
流動する通路の真ん中に
11:42
What about if I put a thermal sponge in the middle,
保温スポンジを入れたらどうだろう
11:45
in the passageway between where the air has to move between hot and cold?
そこで 彼は 細いワイヤーとガラス
11:49
So he made fine wires, and cracked glass,
色々な素材で保温スポンジを作りました
11:52
and all different kinds of materials to be a heat sponge.
空気が熱極から冷極に押し上げられる時
11:55
So when the air pushes up to go from the hot end to the cold end,
スポンジに熱が保存されます
11:58
it puts some heat into the sponge.
空気が冷やされて降りてきた時
12:00
And then when the air comes back after it's been cooled
その熱をまた拾い上げます
12:02
it picks up that heat again.
よって エネルギーを5, 6回
再利用しているわけです
12:04
So you're reusing your energy five or six times,
効率も30から40パーセント引き上げられました
12:07
and that brings the efficiency up between 30 and 40 percent
スターリングのあまり知られていないが
すばらしい発明です
12:10
It's a little known, but brilliant, genius invention of Robert Stirling
熱気エンジンを あまり実用的でない物から
12:14
that takes the hot air engine from being somewhat impractical --
― 高校時代に 単純版を作って
そう思いましたが―
12:16
like I found out when I made the real simple version in high school --
コストを抑えられれば
12:19
to very potentially possible,
一旦効率が上がると
高い可能性を秘めた物に変えました
12:21
once you get the efficiency up, if you can design this to be low enough cost.
コストをできるだけ低く抑えられるよう
努力しました
12:25
So we really set out on a path to try and make the lowest cost possible.
スターリングエンジンの動きを表す
大がかりな数学モデルを作りました
12:29
We built a huge mathematical model of how a Stirling engine works.
それに遺伝アルゴリズムを組み入れ
12:31
We applied the genetic algorithm.
そこから最適なエンジンを作りだす
結論を出しました
12:33
We got the results from that for the optimal engine.
2年間に100台の違うタイプの
エンジンを組み立て
12:36
We built engines -- so we built 100 different engines over the last two years.
一台一台測定し 測定した数値に合わせて調整し
12:39
We measured each one, we readjusted the model to what we measured,
今の試作品に至りました
12:42
and then we led that to the current prototype.
小型で安いエンジンが出来上がりました
12:44
It led to a very compact, inexpensive engine,
これがそのエンジンです
12:47
and this is what the engine looks like.
実際にどういうものかお見せしましょう
12:49
Let me show you what it looks like in real life.
これです
12:52
So this is the engine.
ここに小さなシリンダーがあり 中に発電機と
リンク機構を支えています
12:54
It's just a small cylinder down here which holds the generator inside and all the linkage
これがホットキャップ 熱いシリンダーが
上にあります
12:59
and it's the hot cap -- the hot cylinder on the top --
この部分が暑くなり この部分は冷たくなります
13:02
this part gets hot, this part is cool,
そして 電気はここから出ます
13:05
and electricity comes out.
逆もそうです
13:07
The exact converse is also true.
電気を通すと ここが熱くなり
ここは冷たくなります
13:09
If you put electricity in, this will get hot and this will get cold,
冷却効果が得られます
13:12
you get refrigeration.
完全に可逆循環で
13:14
So it's a complete reversible cycle,
能率的なサイクルで 簡単に作れます
13:16
a very efficient cycle, and quite a simple thing to make.
この二つを合わせて
13:18
So now you put the two things together.
エンジンの出来上がりです
13:20
So you have the engine,
単弁と中心にあるエンジンを合わせたら
どうだろうか
13:22
now what if you combine the petals and the engine in the center?
単弁が光を追跡し
エンジンは集められた太陽光を受け
13:24
The petals track and the engine gets the concentrated sunlight,
熱を電気に変換します
13:27
take that heat and turn it into electricity.
中央に単弁とエンジンがある
13:29
This is what the first prototype of our system looked like
試作品はこのような物です
13:31
together with the petals and the engine in the center.
太陽の下で動かしました
13:33
This is being run out in the sun,
実物をお見せしたいと思います
13:35
and now I want to show you what the actual thing looks like.
〈拍手〉
13:45
(Applause)
ありがとうございます
13:50
Thank you.
この機器には12個の単弁があります
13:51
So this is a unit with the 12 petals
値段は各単弁1ドル程度で
13:54
These petals cost about a dollar each --
軽く 成型プラスチックでできており
アルミニウム処理が施されています
13:56
they're lightweight, injection molded plastic, aluminized.
各単弁のコントロールパネルはこの下にあり
それぞれにマイクロプロセッサーが
13:59
The mechanism to control each petal is below there with a microprocessor on each one.
搭載されています
14:03
There are thermocouples on the engine -- little sensors
エンジンには熱電対がついています
これは光が当たったときの温度上昇を検出する
小さなセンサーです
14:06
that detect the heat when the sunlight strikes them.
各単弁は調整することができ
常に最高温度を保つようにできています
14:09
Each petal adjusts itself separately to keep the highest temperature on it.
朝 日が登ると 単弁は最高温度を目当てに
14:13
When the sun comes out in the morning, the petals will seek the sun,
太陽を探します
14:16
find it by searching for the highest temperature
ホットキャップに光線が当たると 1分半か2分で
14:18
About a minute and a half or two minutes after the rays are striking the hot cap
エンジンはスタートする温度に達します
14:22
the engine will be warm enough to start
そして エンジンは
14:24
and then the engine will generate electricity for about six and a half hours a day --
太陽が上空を通過するのに合わせて
一日約6時間半から7時間発電します
14:27
six and a half to seven hours as the sun moves across the sky
決定的な部分は
14:30
A critical part that we can take advantage of
安いマイクロプロセッサーと
14:33
is that we have these inexpensive microprocessors
各単弁が独立していること
14:35
and each one of these petals are autonomous,
そしてそれぞれがセットアップなしに
太陽を見つけられるということです
14:37
and each one of these petals figures out where the sun is with no user set-up.
位置する緯度と経度や
14:41
So you don't have to tell what latitude, longitude you're at,
屋根の傾斜度
14:43
you don't have to tell what your roof slope angle is,
そして向きを指示する必要がありません
14:45
you don't have to tell what orientation.
無関係です
14:47
It doesn't really care.
ただ最高温度の位置を探し
14:49
What it does is it searches to find the hottest spot,
30分後に 次には一日後に そして
14:51
it searches again a half an hour later, it searches again a day later,
一ヵ月後にまた探すだけです
14:53
it searches again a month later.
所在位置確認は 太陽の移動する方向によって
自己認識するため
14:55
It basically figures out where on Earth you are by watching the direction the sun moves,
それについては何もする必要はありません
14:58
so you don't have to actually enter anything about that.
この機器はどう動くかというと 日が登ると
15:00
The way the unit works is, when the sun comes out
エンジンは動き出し ここからパワーが出ます
15:03
the engine will start and you get power out here.
ACもDCも
そして若干の器具に利用できるよう
15:06
We have A.C. and D.C., get 12 volts D.C.,
12ボルトDCも得られます
15:10
so that could be used for certain applications.
インバーターで 117ボルトACが得られ
15:12
We have an inverter in there, so you get 117 volts A.C.
お湯も沸かせます
15:14
and you also get hot water.
お湯はオプションです
15:16
The hot water's optional.
お湯は使う必要は無く 自然と冷めます
15:18
You don't have to use the hot water, it will cool itself.
発する熱でお湯を沸かした場合
15:20
But you can use it to optionally heat hot water
効率をより高くする事ができます
15:22
and that brings the efficiency up even higher
というのは 通常捨ててしまう一部の熱を
プールだろうと
15:24
because some of the heat that you would normally be rejecting,
お湯だろうと
有効エネルギーとして使用しているからです
15:26
you can now use as useful energy, whether it's for a pool or hot water.
運転の様子を写したビデオをお見せします
15:29
Let me show you a quick movie of what this looks like running.
これが屋外で行った始めてのテストで
15:38
So this is the first test where we took it outside
各単弁が探知しているのが分かります
15:41
and each of the petals were individually seeking.
最初は大まかに
15:43
And what they do is step, very coarsely at first,
そして丁寧に探します
15:46
and then very finely afterward.
太陽を発見したこと示す温度表示が
熱電対に現れると
15:48
Once they get a temperature reading on the thermocouple indicating they found the sun,
スピードを落とし 綿密に探します
15:51
then they slow down and do a fine search,
全ての単弁の位置が決まると
エンジンが動き出します
15:53
then all the petals will move into position, and then the engine will start.
過去2年の間この機器の製作をしてきました
15:55
So, we've been working on this for the last two years.
進歩にはとても興奮しておりますが
まだ先があります
15:58
We're very excited about the progress, we do have a very long way to go though still,
遠い道のりについて少しお話したいと思います
16:01
and let me tell you a little bit more about that.
これが住宅用取り付けの想像図で
16:03
This is how we envision it would be in a residential installation:
屋根に一台以上設置できると思います
16:05
you'd probably have more than one unit on your roof.
屋根や庭など どこにでも設置できます
16:07
It could be on your roof, or in your backyard, or somewhere else.
家全体の電気を供給できる数の機器を
購入する必要は無く
16:10
You don't have to have enough units to power your entire house,
取り付けた分だけ金銭的に節約できます
16:13
you just save money with each incremental one you add.
このタイプの利用方法では
16:16
So you're still using the grid potentially, in this type of application,
グリッドを潜在的に
バックアップエネルギーとして利用しています
16:19
to be your back-up supply -- of course, you can't use these at night,
もちろん夜と曇りの日には使用できません
16:22
and you can't use these on cloudy days.
通常エアコンなどを使用するピーク時に
16:24
But by reducing your energy use, pretty much at the peak times --
エネルギー使用量を
16:28
usually when you have you air conditioning on, or other times like that --
削減できるため
16:31
this generates the peak power at the peak usage time,
その点で相補的と言えるでしょう
16:34
so it's very complementary in that sense.
これが想像した住宅利用方法です
16:36
This is how we would envision a residential application.
エネルギー事業は
特に 晴れの日が多い辺鄙な所で
16:38
We also think there's very big potential for energy farms,
大きな可能性を持っていると思います
16:41
especially in remote land where there happens to be a lot of sun.
この二つの要素は
すばらしい組み合わせとなります
16:44
It's a really good combination of those two factors.
それは 世界中に強烈な太陽光がある所があり
16:46
It turns out there's a lot of powerful sun all around the world, obviously,
この機器を安い値段で設置できる特別な場所
16:50
but in special places where it happens to be relatively inexpensive to place these
そして強い風が吹くところです
16:54
and also in many more places where there is high wind power.
例として これはアメリカの地図ですが
16:58
So an example of that is, here's the map of the United States.
緑色と青色以外の部分の
ほとんどが適しています
17:01
Pretty much everywhere that's not green or blue is a really ideal place,
緑色と青色の部分は悪くは無いが
17:05
but even the green or blue areas are good,
赤やオレンジ 黄色の部分ほど適していません
17:07
just not as good as the places that are red, orange and yellow.
ラスベガスやデスヴァリーなどの周辺地域は
17:09
But the hot sport right around Las Vegas and Death Valley and that area
非常に適しています
17:12
is very, very good.
回収期間に影響を及ぼすだけで
17:14
And all this does is affect the payback period,
太陽エネルギーを使えないわけではなく
17:16
it doesn't mean that you couldn't use solar energy;
地球上どこでも使えます
17:18
you could use solar energy anywhere on Earth.
グリッドから供給される電気に比べて
回収期間が影響されますが
17:20
It just affects the payback period if you're comparing to grid-supplied electricity.
グリッド給電が無い場合は
17:22
But if you don't have grid-supplied electricity,
回収期間の問題はまったく違ってきます
17:25
then the whole question of payback is a different one entirely.
1ドルあたりに得られるワット数
17:27
It's just how many watts do you get per dollar,
そして このパワーを使う事によって得られる
17:29
and how could you benefit from that using that power
生活変化にかかわってきます
17:31
to change your life in some way.
アメリカの地図があります
17:33
This is the map of the United States.
世界地図です
17:35
This is the map of the whole Earth
真ん中に巨大な帯が
17:37
and again, you can see a huge swathe in the middle
人口が集まっている地域が広がっていて
17:39
of pretty much where a large part of the population is,
太陽エネルギーに莫大な可能性があります
17:41
there's tremendous chances for solar energy.
アフリカを見てください
17:43
And of course, look at Africa.
そこには太陽エネルギー利用の
信じられないほどの可能性があり
17:45
It's just unbelievable what the potential is to take advantage of solar energy there,
私達にできる事について話せて光栄です
17:47
and I'm really excited to talk more about finding ways we can help with that.
最後に申し上げたい事は
17:50
So, in conclusion, I would say
古いアイデアに新しい光を当てると
17:52
my journey has shown me that you can revisit old ideas in a new light,
過去に遺棄されたアイデアも時には新技術や
17:58
and sometimes ideas that have been discarded in the past
工夫で実用的になるということです
18:01
can be practical now if you apply some new technology or new twists.
実用的で手ごろな値段の物に近づいていると
確信しています
18:04
We believe we're getting very close to something practical and affordable.
短期間のゴールは
太陽電池の値段を半分にする事
18:07
Our short-term goal for this is to be half the price of solar cells
長期ゴールは 償却期間を5年以内に
抑えることです
18:10
and our longer-term goal is to be less than a five-year payback.
5年以内の償却期間になると
一気に経済的になります
18:14
And at less than a five-year payback, all of a sudden this becomes very economic
慈善のためにこれらを購入しなくても
18:17
So you don't have to just want to have a feel-good attitude about energy
良くなります
18:21
to want to have one of these.
経済的な面でも理にかないます
18:23
It just makes economic sense.
今の太陽光装置の償却期間は
30から50年です
18:25
Right now, solar paybacks are between 30 and 50 years.
5年以内に抑えられると
判断は単純になります
18:27
If you get it down below five years then it becomes almost a no-brainer
というのも所有する事によって得る利益があれば
18:29
because the interest to own it -- someone else will finance it for you
資金借入も容易となり
導入後ただちに稼げます
18:32
and you can just make money, basically from day one.
これが 事業で目指している本当のゴールです
18:34
So that's our real powerful goal that we're really shooting for in the company.
学んだもう2つのことにはとても驚かされました
18:37
Two other things that I learned that were very surprising to me --
1つは エネルギーについて
無頓着であるということです
18:40
one was how casual we are about energy.
エレベーターからここまで歩いて
18:45
I was walking from the elevator over here,
今ステージを見ただけで
18:49
and even just looking at the stage right now --
500ワットの灯りが20個使われているだろう
と思います
18:51
so there's probably 20 500 watt lights right now.
ステージの照明には約1万ワットが使われていて
18:55
There's 10,000 watts of light pouring on the stage,
1馬力はフルパワーで756ワットですから
18:57
one horsepower is 756 watts, at full power.
つまり ステージを照らすだけで
15頭の馬が全速力で走っているわけです
19:01
So there's basically 15 horses running at full speed just to keep the stage lit.
エアコンを動かすために
200頭の馬が走っているだろうということは
19:05
Not to mention the 200 horses that are probably running right now
言うまでもありません
19:07
to keep the airconditioning going.
エレベーターに入り
中にライトがついているのはすごいことです
19:09
And it's just amazing, walk in the elevator and there's lights on in the elevator.
もちろん私は
19:13
Of course, now I'm very sensitive at home when we leave the lights on by mistake.
今では家に電気をつけっ放しにすることに
敏感になっています
しかし 周りではエネルギーがとても安いため
19:16
But, everywhere around us we have insatiable use for energy
飽くことを知らずに使われています
19:20
because it's so cheap.
安いのは 太陽光を凝縮した
19:22
And it's cheap because we've been subsidized
エネルギーに助けられているからです
19:24
by energy that's been concentrated by the sun.
石油は太陽エネルギーを凝縮した物です
19:26
Basically, oil is solar energy concentrate.
10億年かけて
莫大なエネルギーでたたきつけられ
19:29
It's been pounded for a billion years with a lot of energy
エネルギーを獲得しました
19:33
to make it have all that energy contained in it.
それを
19:35
And we don't have a birthright to just use that up as fast as we are, I think.
できるだけ早く使い果たす生得権を
私達は持ち合わせていないと思います
使用したエネルギーと
同じ速さでエネルギーを創り出す
19:38
And it would be great if we could find a way to make our energy usage renewable,
再生可能エネルギーが
19:42
where as we're using the energy we're creating it at the same pace,
できればよいと思います
19:44
and I really hope we can get there.
ご清聴ありがとうございました
19:46
Thank you very much, you've been a great audience.
〈拍手〉
19:48
(Applause)
Translated by yusi SHANG
Reviewed by Masaki Yanagishita

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About the speaker:

Bill Gross - Idea guy
Bill Gross founded Idealab, an incubator of new inventions, ideas and businesses.

Why you should listen

Bill Gross is the founder of Idealab, a business incubator focused on new ideas. (He's now the chair and CEO.) He helped create GoTo.com, the first sponsored search company. He also created the Snap! search engine, which allows users to preview hyperlinks. 

Gross has been an entrepreneur since high school, when he founded a solar energy company. In college, he patented a new loudspeaker design, and after school he started a company that was later acquired by Lotus, and then launched an educational software publishing company. Now, he serves on the boards of companies in the areas of automation, software and renewable energy.

More profile about the speaker
Bill Gross | Speaker | TED.com