Les capteurs à axe vertical
Deux principes différents sont utilisés pour ce type de machines, à savoir la traînée différentielle ou la variation cyclique d'incidence.
Capteurs a traînée différentielle
Le principe de mise en mouvement est le suivant : les efforts exercés par le vent sur chacune des faces d'un corps creux sont d'intensités différentes. Il en résulte donc un couple moteur, que l'on peut utiliser pour entraîner un générateur électrique ou un autre dispositif mécanique tel qu'une pompe.
Le rotor de type « Savonius »
L'illustration la plus courante de ce type d'éolienne est le rotor de « Savonius ». La circulation de l'air rendue possible entre les deux demi cylindres augmente le couple moteur. Lors du démarrage, les cylindres sont orientés par rapport au vent de manière à obtenir un couple résultant nul. L'éolienne ne pourra donc pas démarrer spontanément. La superposition de plusieurs rotors identiques, mais décalés d'un certain angle les uns par rapport aux autres, permet de remédier à ce problème, rendant ainsi la machine totalement autonome.
Variation cyclique d'incidence
Le fonctionnement est ici basé sur le fait qu'un profil placé dans un écoulement d'air selon différents angles est soumis à des forces d'intensités et de directions variables. La combinaison de ces forces génère alors un couple moteur. En fait les différents angles auxquels sont soumis les profils proviennent de la combinaison de la vitesse propre de déplacement du profil (en rotation autour de l'axe vertical) et de la vitesse du vent.
Le rotor de type « Darrieus »
Le principe de fonctionnement a été breveté au début des années 1930 par le Français Darrieus.
De tels rotors peuvent être de forme cylindrique, tronconique, parabolique, etc. Le fonctionnement faisant appel à la rotation des pales, l'éolienne ne peut pas démarrer toute seule. Un système de lancement s'avère donc nécessaire : montage d'une autre éolienne de type Savonius par exemple sur l'axe vertical, utilisation de la génératrice électrique en moteur, etc. Les rotors de type Darrieus ont un faible couple de démarrage et des puissances délivrées relativement fortes pour leur poids. C'est la seule éolienne à axe vertical qui ait jamais été fabriquée : une compagnie américaine fabriqua l'éolienne jusqu'à sa faillite en 1997.
Le principal avantage des machines à axe vertical est que le dispositif de génération électrique repose sur le sol, ne nécessitant donc pas l'édification d'une tour. Par ailleurs, une éolienne à axe vertical fonctionne quelle que soit la direction d'où souffle le vent, permettant donc de s'affranchir d'un dispositif d'orientation de la machine.
En revanche, ces éoliennes étant érigées près du sol, le capteur d'énergie se situe dans une zone peu favorable (gradient de vent, turbulence due aux accidents du terrain en amont de la machine, ce qui réduit significativement l'efficacité de la machine. Par ailleurs, le principe même de fonctionnement fait que ces éoliennes sont très sujettes aux problèmes d'aéroélasticité, soient aux interactions mutuelles des efforts aérodynamiques, inertiels (gravité, force centrifuge. . . ) et élastiques (déformation des pales). Enfin, pour des éoliennes de grande puissance, la surface occupée au sol par le haubanage est très conséquente.
Actuellement, les fabricants d'éoliennes à axe vertical mettent en avant leurs avantages spécifiques et surtout leur fonctionnement avec des vents turbulents près du sol. En effet, ces machines peuvent être installées à proximité de bâtiments ou sur un toit en ville. La vitesse de rotation du rotor est relativement lente, ainsi le bruit et le danger sont réduits.