Větrná elektrárna s vertikální osou
Odporové větrné čerpadlo
Tento historický stroj pracuje na odporovém principu větrné turbíny. Vítr se opírá do plochy vhodně natočených lopatek na oběžném kole a aerodynamický odpor roztáčí hřídel stroje. Rotační pohyb hřídele je potom převáděn na svislý pohyb pístu čerpadla. Tyto turbíny nedosahují takové účinnosti, jako turbíny založené na vztlakovém principu, ale jejich výroba není tak složitá a nákladná.
V minulosti byly často využívány podobné větrné stroje, které nevyráběly elektrickou energii. Turbína konala přímo mechanickou práci – větrný mlýn mlel obilí, větrnými stroji se čerpala voda nebo poháněly katry. Větrem poháněná vodní čerpadla můžeme v některých zemích, jako např. v USA nebo Austrálii, vidět dodnes.
Vertikální Savoniova turbína
Turbínu tvoří nejčastěji dva vzájemně otočené půlválce, podélně uchycené k vertikální ose, tvořící v řezu písmeno S. Na základě rozdílného koeficientu odporu vyduté a vypuklé plochy půlválců vítr působí podstatně větším tlakem na vypuklou lopatku (půlválec) a tím roztáčí rotor turbíny. Osa otáčení je kolmá na směr proudění vzduchu. Vnitřní okraje lopatek se u centra rotace mírně překrývají a umožňují průtok vzduchu mezi nimi. Rotor Savoniovy turbíny se otáčí poměrně pomalu, no poskytuje vysoký krouticí moment. Tyto vlastnosti ji primárně předurčují spíš k čerpání vody, mletí obilí než k výrobě elektrické energie.
Střešní Savoniova turbína
Vertikální Darrieova turbína
Jednou z variant Darrieovy turbíny je i větrná turbína s rotorem ve tvaru písmene H. Je jednodušší na výrobu, protože využívá rovné vertikální listy, no jejich uchycení musí být robustnější pro značné odstředivé síly. Aby se zabránilo nepříjemným pulsacím, staví se někdy Darrieovy turbíny s listy rotoru nakloněnými do spirály. To vyvolává rovnoměrný, krouticí moment.
Darrieova turbína je nezávislá od směru proudění vzduchu a dosahuje účinnost kolem 35 %. Její práce je založena na principu vztlaku. Profily křídla se pohybují v proudícím vzduchu kolem osy rotoru po kruhové dráze s nulovým náběhovým úhlem. Rychlost vzduchu vzhledem k rotaci křídla se vektorově sčítá s rychlostí větru tak, že výslední proud vzduchu vytváří na křídle malý kladný náběhový úhel. Výsledná vztlaková síla směřuje dovnitř mimo osu turbíny a vytváří točivý moment pohánějící turbínu.
Výhodou vertikálních Darrieových turbín je jejich snadná údržba, protože všechny mechanizmy se nachází nízko nad zemí. Taky nepotřebuje mechanismus natáčení do směru větru, na směru větru je prakticky nezávislá. Na druhou stranu však potřebuje vnější zdroj na primární roztočení rotoru. K nevýhodám tohoto typu větrného stroje patří i jeho horší ovladatelnost, pulzující výkonový cyklus vedoucí k rezonancím a velké odstředivé síly působící na rotor. Vzhledem k tomu jsou mnohem víc dynamicky namáhány než turbíny s horizontální osou, což v konečném důsledku snižuje jejich životnost.
