风能和太阳能是绿色能源产业的宠儿。许多制造商都在争先恐后地从中分一杯羹。但是，西门子公司是仅有的几家在这两项技术上都处于领先地位的公司之一。它在芝加哥附近经营着几家组装太阳能逆变器和风力涡轮机机械驱动器的工厂。

“在未来几年，可再生能源将在能源结构中发挥更大的作用，”声称西门子首席技术长魏因霍尔德(Michael Weinhold)．“然而，当涉及到可再生资源的采集时，它们的可获得性的波动构成了一些可以克服的挑战。

Weinhold补充说:“由于发电组合、电力需求以及跨国界输电线路的数量和容量因国而异，没有统一的解决方案。”“与所有可再生能源有关的最重要的考虑是，它们必须在中长期内以具有竞争力的成本生产电力，不再依赖补贴。”

太阳能逆变器

太阳能是美国经济增长最快的领域之一。与2010年同期相比，2011年第三季度太阳能市场增长了140%。根据太阳能工业协会(SEIA)的数据，美国的太阳能发电现在超过3650兆瓦，足以为73万户家庭提供电力。而且，随着技术的快速发展，这一数字预计将在未来几年稳步增长。

当大多数公司都在争先恐后地生产太阳能组件时，西门子正专注于不那么吸引人的设备，这种设备可以将太阳能电池板捕捉到的阳光转化为电能。具体来说，西门子正专注于太阳能逆变器。

太阳能逆变器是光伏发电系统中最关键的部件之一。它将太阳能电池板输出的可变直流电转换成交流电，这样就可以把它放到电网上。西门子的SINVERT PVS系列逆变器是大中型太阳能发电厂的理想选择。

太阳能发电厂由数千个太阳能组件组成，分布在几英亩的土地上。根据SEIA，大多数公用事业规模的设施位于阳光充足的气候区，如亚利桑那州、加利福尼亚州、佛罗里达州、内华达州和新墨西哥州。但是，在美国的其他地方，许多太阳能发电厂正在开发中。

三相SINVERT PVS逆变器可实现高达98.7%的峰值效率水平，将太阳能从面板转换到电网。这些设备被安置在空调逆变器站中，这些逆变器站策略性地放置在整个太阳能发电厂的多个位置。一个20兆瓦的装置需要大约40个逆变器单元。

西门子的典型客户是正在安装大型太阳能发电项目的公用事业公司或可再生能源开发商。PVS逆变器可用于500千瓦至500兆瓦的安装，但其大小和规模因项目而异。多达4个独立单元可以聚集在一起，形成2000千瓦和2400千瓦的系统。

西门子在伊利诺伊州西芝加哥的工厂组装SINVERT PVS系列逆变器。这个占地21万平方英尺的工厂还建造了电机控制中心、封闭式电机启动器、配电盘和控制柜。

西门子工业股份有限公司电机控制中心业务部门经理德隆·杰克逊说:“我们在这个地点有两个现有的工厂，并将其中一个改造为支持太阳能逆变器的制造。西芝加哥的位置使我们接近我们的国内客户基础，并使我们能够从制造和服务的角度迅速满足客户的需求。”

西门子最近投资1,000万美元升级其芝加哥西部的业务，该业务由两栋大楼组成。大部分投资涉及新工装和测试设备。

“在工厂升级之前，我们面临的挑战是在4个产品领域管理3万种不同的金属部件，”杰克逊说。“我们在工厂中集成了新的制造设备，以及新的材料处理系统。”

太阳能逆变器是类似大型计算机的笨重设备。每个单元长83 × 103 × 29英寸，重4696磅。

关键部件是西门子驱动单元、感应器和机器控制系统。“在复杂性上，太阳能逆变器类似于电机控制中心(MCC)，但它是一个标准产品，不像MCC，后者是按订单设计的，”杰克逊说。

“由于太阳能逆变器是一种标准产品，选择相对较少，(在我们工厂)它们被认为是低混合的，”杰克逊指出。“但是，它们非常复杂，而且由于电厂项目时间表的性质，需求波动很大。”

根据选择的选项，一个由交流柜和直流柜组成的500千瓦逆变器可以在80到100小时内完成组装和测试。该过程的关键步骤包括交流模块组装、直流模块组装、交流机柜组装、直流机柜组装、点对点测试、功能测试、负载测试和选项测试。

芝加哥西部装配线由六个工作站组成，每个工作站有一个操作员。太阳能逆变器是用螺丝刀、力矩扳手和气动工具手工组装的。

装配线的一侧专门用于交流机柜及其主要部件——从德国一家西门子工厂进口的驱动器。另一侧的组装工组装直流机柜，其中的主要部件是导体。最后一个工作站安装电缆和门板。

太阳能逆变器是手动从一个站转到另一个站，它们位于紧凑的装配线上，相距只有几英尺。西门子最终计划安装一个传送带来消除这种物理运动。

风力发电机齿轮

和太阳能一样，美国的风能产业不仅代表着一个巨大的发电市场，也是美国制造业一个不断增长的市场。根据美国风能协会(American Wind Energy Association)的数据，2011年，美国风能行业安装了足够的涡轮机，发电量为6816兆瓦，比2010年高出31%。总的来说，美国目前有足够的涡轮机产生46,916兆瓦的电力，另外的涡轮机正在建设中，产生8300兆瓦的电力。

除了作为叶片和机舱的领先供应商，西门子还是美国最大的风力涡轮机齿轮驱动器生产商。它在伊利诺伊州埃尔金经营着两家专门从事机械传动的工厂。

其中一家工厂生产风力涡轮机和其他机械驱动应用所需的齿轮和部件，如大型采矿铲子、船舶推进驱动器和水螺杆泵。西门子在2005年收购弗兰德公司(Flender Corp.)时收购了这个占地15万平方英尺的工厂，最近对其进行了翻新，以实现精益生产。

风力涡轮机的核心和灵魂是它的三级变速箱和传动系统。三个转子叶片的轮毂通过低速和高速轴连接到一个变速箱，驱动发动机舱内的发电机。发电机将能量转化为电能，然后将其传输到电网。

大多数风力涡轮机的设计寿命为20年。因此，变速箱和传动系统必须足够强大，以应对风速变化引起的频繁扭矩变化。整个系统必须仔细对齐，以减少持续振动和极端温度造成的磨损。

为了确保可靠性和质量，西门子自己生产所有的齿轮，小齿轮，转子和轴。联轴器和电机从德国的西门子工厂进口。西门子工业有限公司机械驱动业务部门经理Arnout Kant说:“为了解决坚固性问题，我们走了极端，比如我们的内部热处理设施和计量实验室。”

西门子最近斥资2000万美元建造了一家装配厂，距离康德的零部件工厂几英里远。产品每天在两家工厂之间运输好几次。

新工厂被分成两部分，两个“姐妹”业务共享占地面积，并由一个部件仓库分开。长长的会议厅的一侧由西门子驱动技术公司运营。另一边由西门子和Winergy AG的合资企业Winergy Drive Systems Corp.运营。

“工厂的布局与我们在中国和印度的姐妹工厂相似，”工厂经理雅各布•希夫(Jacob Schiff)表示。“我们使用相同的设备，这使得三个工厂都非常灵活。

西门子方面大约70%的工厂致力于组装和测试风力涡轮机齿轮箱。但是，在一些工作站上看到装配工也在为矿业生产产品也并不罕见。

由于大齿轮和重型驱动轴，典型的变速箱重量超过2000磅。希夫说:“然而，重量会因大小而有很大的不同。”我们通常组装超过20吨的变速箱。由于这种重量，架空桥式起重机可以在整个设施中运行。此外，工作站配备了悬臂起重机、起重机和旋转转盘，以解决人体工程学问题。

风力涡轮机驱动装置是在一个项目的基础上手工组装的，数量有限。西门子的操作人员使用各种机械工具和测量仪器来组装变速箱。希夫说:“标准物品包括卡钳、表盘指示器、扭矩扳手、锉石和死锤。”“我们还使用设计工具和夹具来实现特殊的配合或预紧力。”

大型紧固件，如M36螺栓，用于将组件固定在一起。保持对大型螺栓的扭矩控制，以及在将大型法兰连接在一起时相邻螺栓的相互作用，是装配工面临的关键挑战。

西门子变速箱的装配采用精益制造原则。Schiff解释说:“组装步骤是为一体式流程设计的，在操作步骤之间保持线路平衡。齿轮箱的装配有七个关键步骤:零件清洗;组件组件;住房的准备;加载住房;表面组装;测试;和涂层。

零件清洗包括从齿轮装置上去除机加工油和保护涂层。

组件包括各种组件的准备，如行星载体，伞齿轮组，齿轮和轴。希夫说:“这个过程通常涉及收缩装配，齿轮或其他部件被加热到特定温度，以允许膨胀。”当温度较高时，该组件与其他较冷的组件配合使用，使温度中和，从而实现收缩配合。”

外壳准备包括一些需要内部润滑系统的变速箱设计。这需要在外壳内安装管道配件。

装载外壳是将部件和组件放入变速箱内的过程。希夫指出:“根据房屋的风格，这个过程差别很大。”“由于配合的紧密性，单个壳体需要特定的插入顺序和方法知识。分体式外壳提供了一种更简单的方法，因为传动装置可以放置在一侧，然后与配套的一半合上。”

外部装配涉及基本部件，如传感器、外部润滑管线、风扇、保护装置和联轴器。更复杂的最终组装步骤包括电机连接，底座安装和外部冷却装置。

测试是生产过程的下一步。这包括各种测试和检查协议，如监测声音、振动、温度、油压和油纯度。

最后一步是涂层过程。Schiff说:“这通常包括用于保护装置的底漆和面漆。”

Schiff补充说:“除了标准化工具和装配流程，我们还专注于实施西门子生产系统，以简化工作流程和物料流程。”“我们的准时交货得到了提高，平均每单位时间从180小时减少到120小时。”

该工厂最近的其他改进包括视觉工作指令和强调想法、创新和实施的“3I计划”。