大量的成本。此外，频繁的灰尘堆积和清洁将明显缩短反射面的寿命，因而增加更多成本。
[0142]该问题是通过使用设置在支撑柱23的顶部上的多个空气离子发生器52以及设置在盘10的全部四侧的大致竖直位置中的多个灰尘过滤器50(见图5)来解决的。空气离子发生器52会对灰尘颗粒充电，使其附着在任何接地表面或反向充电的表面上。盘10还会维持与灰尘同极的柔性电荷，从而将灰尘从反射面上排斥开。虽然空气离子发生器是为室内用途而开发，但没有理由阻止在室外使用这样的技术。离子放电针52的尖端将会设置在支撑件柱23的顶部上，且这样的均匀间隔将会允许适度均匀的电荷分布和太阳能电池阵的完全覆盖范围。空气离子发生器所需的电力只是来自每个盘的最终电力输出的很小一部分，所以使用它们完全不会影响电站的实用性。
[0143]竖直设置的灰尘过滤器50有两种功能。首先是明显地拦截空气中的灰尘并附着在其上。其次是阻止风对太阳能收集盘10施加任何力。过滤器50被竖直地设置在太阳能电池阵中的所有盘的全部四侧(见图5)。由于这些过滤器的位置，它们不会以任何方式阻碍入射的太阳能辐射，却非常有效地捕捉大部分灰尘颗粒，并且即使在非常高的大气风速条件下也会将盘周围的风速降低到几乎为零。这样允许在所有条件下都能够持续且最大程度地发电。这将允许连续数周或数月的运行而不必对盘10进行湿清洁，在该设计中，湿清洁是劳动密集且昂贵的过程。如果盘10必须被每日清洁，则劳动力成本会大量增加，电站将不会具有非常低且而无电力补助成本的可行性。
[0144]过滤器50将是低成本且设计非常简单的，其在某种程度上类似于空调或任何相似类型中所用的过滤器。其目的是使得过滤器50的质量或制造成本很小，而依然能够有效地捕捉灰尘颗粒且应是可洗的。过滤器50上会维持柔性正电荷，从而使得通过空气离子发生器52充有负电荷的灰尘颗粒将会强力附着在过滤器50上且会与它们附接在一起。每当过滤器50收集到了足量的灰尘时，它们将会被拆下以进行类似于盘10受到的湿清洁过程。根据条件，这些过滤器50应该能在无需清洁的情况下运行数周。
[0145]针对尘土的第三种防护是小型的、非常轻量的机械臂48 (见图2)，其轮廓形状与盘反射面10相同，且在机械臂与反射面之间具有微纤维布。安装在盘10的中心下方的小电机49会每天一次或按需求地旋转该机械臂，以定期去除灰尘。通过允许灰尘在具有二氧化硅保护层的前面镜上沉积几微米的厚度来进行测试。于是通过使用微纤维布以施加非常小的压力(在布上施加更大压力容易在布上已经积累了一些灰尘的情况下刮伤表面)来去除灰尘，而即使使用同一块布而不清洗地进行100次清洁循环的情况下，表面上也不会有明显的刮伤。对于背侧镜，无论基质材料是玻璃、亚克力或任何其它聚合物，尘土都会更强力地附着，导致一些灰尘保留在表面上。对微纤维布使用更大的压力并不能提升清洁，却会在几个循环之后随着灰尘在布上的积累，开始明显刮伤表面。每当盘被送去进行湿清洁时，机械臂48上的微纤维布也将会被送去进行清洗。
[0146]机械臂48还可装配在加压的空气软管上，并随其旋转而用气压来去除灰尘。在使用加压空气时，加压空气必须不含任何湿气，否则水滴会协助灰尘结合在表面上，使得只有湿清洁才能去除它们。每当需要进行清洁时，一个小的电磁阀将会打开以使加压空气能够流入机械清洁臂中，随后空气会通过沿机械臂整个长度的多个小孔离开机械臂。小电机49会旋转机械臂48，使得整个盘面都可以被清洁。
[0147]造成一些小问题的一个方面是降雨，因为灰尘将会失去其电荷并将会粘合在反射面上。此外，降雨还会在反射面上留下仅能由湿清洁适当地去除的水渍。幸运的是，大多数沙漠每年仅有几天降雨，所以这不是主要问题而是小困扰。
[0148]在仅仅是多尘或降雨非常频繁或经常有强飓风的环境中，可使用的另一个方案是通过封闭整个电站的主回路(封闭在图8中所示的巨型玻璃房29中会是有效的)来简单地将灰尘和风一起消除掉。这样的保护壳将会造成电站效率的明显降低，但在容易降雨的环境中还是有一些重要的优点。“玻璃”房的所有壁都是固定的且不会沿任何方向移动。仅替代玻璃的优选材料是不可燃塑料聚合物或特氟龙。玻璃会贵的多、厚的多、重得多、更容易发生灾难性故障且提供的光透射率比其它材料更小。自然地，由于壳体材料的吸收和反射，使用透明包围体会导致效率略微下降。对于某些材料来说吸收量可以非常小而因此可以忽略。然而，光的反射量取决于光的入射角度，而当入射角很大时，反射会高到令人无法接受。
[0149]光的入射角度取决于三个因素。第一是一天中的时间，第二是电站相对于赤道的位置，第三是一年中的时间(冬季或夏季)。对于第一因素和第三因素，完全是无法控制的，但是由第二因素引起的问题可以受到控制，且通过简单地将电站设置在尽可能接近赤道的位置就可以解决该问题。不幸的是，赤道附近没有太多的大陆地块，且即使存在的很少，还通常是热带雨林。因此，电站的下一个最佳位置是在呈沙漠形式的多余大陆块以及整年的阳光都非常好的热带地区。我们假设电站建立在北回归线上。夏季期间，中午的太阳在头顶正上方，而我们会获得极佳的电站效率。然而在冬季期间，由于地球绕其轴线倾斜，中午的最佳入射角度是大约46°，而在其它时间更差。大体来说，对于大多数材料，在入射光的入射角高至大约60°时，作为入射角度的函数的光反射量在10%以下，这完全在可接受的数值之内，且会在这之后迅速增加。因此，理想的电站是位于赤道处，且电站效率会随着电站向赤道的南方或北方移动而下降。实际上，在距离赤道超过大约30 °时，冬季的效率会明显下降，而电站会是不实用的。通过使保护壳的顶面向太阳倾斜而非水平，可以解决这样的问题。然而，随着远离赤道移动而降低的日照会降低电站的成本效率。幸运的是，在热带附近存在绰绰有余的可用沙漠。印度、非洲、中东、美国、南美、中国、和澳大利亚在这方面的位置都很好。北欧的电力可由中东的非洲部分容易地提供。
[0150]于是假设电站的位置适度地靠近赤道，任何一天中接收到的可用阳光的大约50%是在与接近中午时刻相隔3-4个小时中。在这样的时间中，入射角度大而电站效率不受影响。在入射角非常大的清晨和傍晚时间中，不会有太多可用的能量，所以总损耗不是太值得关注。总体来说，使用被包围的电站可在夏季导致电站的总效率降低15% -25%，而在冬季导致降低25%-40%。这会使得年平均损耗大约为20%-30%。这些计算(figure)当然取决于相对于赤道的位置，越远离赤道就会越高。通过在保护片29的表面上使用抗反射涂层可将这样的损耗降低大约50%。然而，由于抗反射涂层被小规模地使用，其目前成本相当高，所以最初不应使用。一旦该涂层被这样大规模地使用，很可能其成本会非常明显地降低。
[0151]然而，我们必须考虑使用保护包围体29获得的效率收益和节约成本。首先反射盘会总是免于灰尘，因此与未被包围在保护壳体中的电站相比，这会使效率更高。因反射盘免于灰尘而获得的优点的精确值是很难给出的，因为这取决于反射盘被清洁的频率如何，具体环境中的灰尘程度，以及其他许多因素，但获得最小10%的效率的计算似乎是非常现实的。当然，保护壳体也会有沉积在其上的灰尘，但与分散的抛物面形状相比，连续的平面容易清洁得多。保护壳体29将会具有装在其顶部上的、由无人的自动化清洁机器使用的多个导轨，这些机器将会以高速持续地在高空中经过，以确保最优的操作条件。位于位置点27处、用于为外管道19提供支撑的同样的竖直柱支撑件23会为导轨提供支撑。这些机器也能在白天期间进行清洁而不会影响电站的操作。
[0152]顶面不会是完全的平面。在一些节段中会装入小的斜坡。每段的最低点会具有排水管道，从而能够排掉由于降雨或清洁而留下的多余的水。虽然在沙漠中不能期待太多的降雨，但电站的巨大尺寸会需要某种类型的排水供应。
[0153]保护壳体29将会被完全地气密密封，且内部的空气将会是几乎没有灰尘或湿气的受控的环境。由于反射盘10不必承受风的持续撞击，驱动机构13、14以及支撑结构可以使用更廉价、更轻的材料。此外，由于保护壳体内部的全部空气会完全免于灰尘且湿气会被保持在低水平，所有的钢铁产品的寿命都会因为消除了锈蚀而大大加长。由于没有灰尘，在电站的整个寿命期间都不需要清洁那些非常精巧而难于清洁的镜子的反射面。所有这些益处都会为电站的总体实用性和初期成本及运行成本带来非常显著的效果。
[0154]保护壳体29的初期投资会非常低。全部所需就是方形边框31 (见图7)，多个透明片32将会结合在方形边框上以提供气密支撑。保护片的每个方形部分均会在其四角上、在支撑主回路管道19的竖直柱23的点27处得到支撑。壳体的实际保护片32将会像纸片一样薄或比纸片更薄，所以每平方米的成本会非常低。保护壳体29的益处远远大于其初期成本。图8示出了从上方观察的带有保护壳体的电站的一小部分。
[0155]主回路的最后节段是储热单元。必须具有存储系统，其能够在电站关闭、长期的云层遮蔽、或维护的情况下提供数日的备份。数小时的备份是不可接受的，不幸的是这是当今的可接受标准。图13、图14、图15和图16中示出了储热单元的基础设计。图13示出储热单元的基础外观。热气进入储热单元，并在将其一部分能量储存在内部的沙子39中后离开。储热单元内部的温度预期在1000° K的最大值与800° K的最小值之间变化。在图14中，储热器的顶部被沿截面BB切开，以更好地示出内部设置。储热单元的未示出的顶部是管道简单的彼此连接的部分和连接到主回路的入口及出口管道连接件的部分。储热介质是沙子39。使用沙子来作为储热介质具有极大的优点。首先当然是成本收益。由于介质几乎是免费的，储热单元的整体成本很容易被保持在可接受的限制内。由于沙子即使在高温下也极为稳定，安全性也自然被加强了。当介质的数量很大且已经处于1000°绝对温度时，不会有任何机会发生预期外的失控化学反应。此外，作为固体，在发生任何意外事故的情况下也更容易进行包容。即使在多年处于高温的情况下也不会出现任何类型的污染或有毒材料。
[0156]沙子的相对于重量的储热容量可能不如其它材料那么高，但是由于沙子的合理的高密度，其相对于体积的热容量则在相比之下极为可观。此外，体积热容量比沙子更高的材料大多在远未到达1000多度绝对温度的要求前就会经受相变或热分解，因此不能被使用。任何材料中储存的能量的量都会与温度成正比。温度越高，储存的能量越多。因此I立方米、处于1000°的沙子可以储存相当大的能量(大约10亿焦耳)。因此，即使说100m x100m X 10m的小储热单元也能够储存足够为大城市供电一天的能量。
[0157]使用固体粉末作为储热介质具有其优点和缺点，但这样的缺点已成为本发明中的优点。任何热物体仅从表面损耗热量，所以最好具有单个大储存单元而非总容量相同的多个小储存单元，因为热损耗会更少。换言之，理想的是希望表面积与体积的比值尽可能小以使热损耗最小化。而且建造单个单元也总比建立与单个单元的总容量相同的十个较小单元更廉价。一个大储热单元会被良好地隔离以将能量损耗保持为最小。大多数隔离物由导热性差、将空气困在小囊中、且密度很低的纤维材料构成。它们不能承受太多挤压负载。侧壁和顶部容易被隔离，但由于沙子的巨大重量，底部并不那么容易被隔离。且由于涉及高温，任何支撑结构的建造都会非常昂贵。这就是沙子的低导热性的优点。储热单元将会在底部简单地设置厚的沙缓冲区46以作为隔离体。这样允许建造任何尺寸的储热单元，而这在现有设计中是不可能的。此外，成本也比任何现有设计低得多。在小型的储热单元(也就是说几千立方米)的情况下，有必要将侧面隔离以将热量损耗保持在可接受的限制内。然而，一旦储热单元在百万立方米或更大的范围内，贝Ij不需要绝热体，因为包围储热单元的沙子将其很好的隔离。
[0158]图13、图14、图15和图16中示出了储热单元的基础设计。储热单元基本上仅是竖直筒38，其具有多个通过内部的鳍片40连接在一起的管道37，且空置的空间由沙子39填充。第二个更大的筒36包围整个储热单元，且两个筒36、38之间的空置空间由高温绝热体35填充。沙子中的特殊形状的小沙粒意味着，鳍片40的实际表面积中仅有一小部分会接触沙子，因而限制了通过传导进行的热传递。然而由于高操作温度，这不会成为问题。在1000° K左右的温度下进行操作的优点是，由于辐射进行的热传递变得非常大，而即使50° K的温度差也会引起明显的能量传递。使用沙子的另一个优点是，非常高的辐射系数允许双向辐射(在白天从鳍片40向沙子39，而在夜间从沙子39向鳍片40)的有效传递。然而，沙子的低导热性降低了能够通过沙子进行的能量传递的速率，而这就是鳍片40比它们在导热性良好的情况下还要大得多的原因。在这方面，石墨是比沙子好得多的介质，然而石墨的极高成本将其排出在外。
[0159]储热单元不是加压容器，而是在大气压下操作。这是使用固体作为储热介质的明显的优点，因为非加压容器可以被制成任何尺寸。实际上，如有所需也可将其保持在略微低于大气压，以抵消沙子将会施加在钢铁包容单元的外壁38上的压力。储热单元内部的空气将会是惰性气体(如氩气或氦气)，从而降低金属管道37和鳍片40的氧化。储热筒的侧面和顶部由厚层