Szélenergia otthoni hasznosítása

A szélenergia otthoni hasznosítása házi szélerőműben. - Magyarországi jogi és műszaki lehetőségei. - Szélkerék, generátor, energia optimalizálás.

szelesember@gmail.com

Szélenergetikai alapfogalmak, mértékegységek, adatok értelmezése - ITT!

A KIVEHETŐ (hasznosítható) SZÉLENERGIA:

A szélnek, mint mozgó tömegrészecskéknek mozgási (kinetikus) energiája van. Ennek az energiának egy részét felfoghatjuk és számunkra szükséges (mechanikai, hő, fény, gáz, elektromos, stb.) energia formára átalakíthatjuk. Ennek a kivehető, a számunkra hasznos energiának egy időtartam (óra, nap, év, stb.) alatti nagysága (kWó/1óra, kWó/1nap, kWó/1év, stb.) a jobb oldali ábra szerint értelmezhető:
A kivehető összes energia a pillanatnyi teljesítmények (másodpercenkénti energiák) összege az adott időtartam alatt, és nem az átlag teljesítmény szorozva az időtartammal, mivel a pillanatnyi teljesítmény ingadozás nemlineáris!
Ezek a kivehető pillanatnyi teljesítmények (W, kW) nagysága minden pillanatban más és más, nulla és a szélerőmű legnagyobb (beépített) teljesítménye közt ingadozik. Pillanatnyi nagyságuk egyidőben függ a szél energiáját felfogó szélkerék típusától (szélsebességtől is függő hatásfokmenet) és hatásos keresztmetszetétől (A) egyenes arányban, az állandó térbeli örvénylést végző levegő erre a keresztmetszetre merőleges sebesség összetevőinek pillanatnyi eredőjétől (v) köbösen, és a szélerőmű pillanatnyi (ebben a másodpercben érvényes) össz.-hatásfokától (h) egyenes arányban.
Mivel a kivehető összes energia ezeknek a pillanatnyi teljesítményeknek az összege, idő szerinti integrálja (Wó, kWó) nyilvánvaló, hogy ez akkor lessz a legnagyobb, ha a vizsgált időtartamban minél több ideig fúj nagy sebességű szél. Ennek figyelembe vételéhez elengedhetetlen az adott helyen mért éves relatív szélsebesség eloszlás ismerete.
Tehát a kivehető összes energia szempontjából nagy jelentősége van az adott helyen jellemző szélviszonyokhoz (szélsebesség eloszlás) legjobban illő szélkerék típus, a szélkerék - generátor fordulatszám tartomány és a szélkerék - generátor - fogyasztó terhelés illesztés helyes megválasztásának és a szélerőmű összes veszteségei minimalizálásának.
A házi szélerőműveknél elérhető össz. hatásfok (fogyasztón hasznosítható és a szél elméleti teljesítményeinek aránya) 10...30 % közötti!

Fentiek figyelembe vételével a kivehető éves szélenergia
Magyarországon 10-20m magasságban a tényleges helyi szélviszonyok,
a helyi évi relatív szélsebesség eloszlások függvényében
m²-ként 50-200 kWó.

> fentiek a szélenergia kalkulátorral tetszőleges helyre számolhatók <

Átlagszél térkép 10, és 15 m magasságban

Magyarországi szélsebesség eloszlások kivehető évi energiával.

A SZÉL energetikai szempontból:

A Földet körbe ölelő levegő réteget, aminek 80%-a a felszín feletti 10km-s magasságban található (A Föld sugarának csupán 0,15%-a, a baloldali képen alig látszó kék hártya, vigyázzunk rá!) a Nap és a felszíni sugárzás eltérő módon melegíti fel. Az eltérő hőmérsékletű, így eltérő sűrűségű légtömegek a nyomás kiegyenlítődésre törekvés, valamint a Föld forgásából adódó gravitációs kényszermozgás miatt kisebb, nagyobb örvénylésekkel állandó térbeli mozgásban vannak. Ezeknek az örvényléseknek a szélkerék hatásos keresztmetszetére merőleges sebességeredőjét tekintjük energetikai szempontból szélnek. Ez nem pontosan egyezik meg a szélmérővel mért szélsebesség nagyságával. A meteorológiai szélmérő keresztmetszete ~0,01m², míg egy szélkeréké 5-2 000m², így a jelentősen eltérő keresztmetszetekre eső eredő sebességvektor sem egyforma. Ez az eltérés különösen nagy a talajközeli (10m alatti) zónában.

A szelet energetikai szempontból is, mint vektort sebességével és irányával adjuk meg. Sebessége alatt külön hivatkozás nélkül a pillanatnyi sebességét értjük, irányán pedig, ahonnan fúj.
Elméleti számításoknál megegyezik az általános fizikában használatos pillanatnyi sebesség deffiníciójával.
A gyakorlatban azonban ez mindig egy rövid idejű, de átlag sebességet jelent méréstechnikai okok, a szélmérő mechanikai, elektromos, hő, stb. tehetetlensége miatt:
Meteorológiai célból a 10 perces átlagsebességek értéke percenkénti adatsorban, amit az átlagos talajszint felett 10m magasságban mérnek.
Energetikai használatra az 1 perces átlagsebességek másodpercenkénti adatsorban a szélkerék közepes magasságában, a szélkerék hatásos keresztmetszetére merőleges irányban.
A szélsebesség gyakoribb mértékegységei:
1m/s = 3,6km/ó = 2,24mph (mf/ó) = 1,94knot (csomó) = 197ft/min (fout, feet/min)

A szélsebesség folyamatosan változik, lökésszerűen ingadozik. Ezek a lökések az átlagos értéktől 20-50%-ban térnek el. A rövid idejű lökéseket a szélkerék mechanikai, aeorodinamikai tehetetlensége kiátlagolja, de a hosszabb 1-2 másodpercnél tartósabb lökések teljesítmény ingadozást, különösen az egyébként is kis energia tartalmú (<5 m/s) szeleknél jelentős teljesítmény, hatásfok veszteséget okoznak.
Az örvénylés miatt a szél iránya is folyamatosan változik. Az átlagtól 10-30°-s folyamatos, lökésszerű eltérésekkel. Ez különösen a farok lapátos HAWT szélkerekeknél teljesítmény veszteséget, további teljesítmény ingadozást eredményez.

Egy adott helyen a szélsebesség a magasság növekedésével nem lineárisan, de matematikai egyenlettel leírhatóan változik néhány száz m-ig. Ennek paraméterei a környezeti terepviszonyoktól és az időjárás jellegétől is függnek, de közelítő számításra jól használhatók (WMO, Hellmann).
Talajszinten, a házak, fák szintjében a jobbra - balra - függőlegesen forgó néhány m átmérőjű örvénylések, a tereptárgyak jelentős csillapítása miatt reménytelen szélenergiát hasznosítani, még akkor is, ha a ~0,01-0,001 m² felületű szélmérő elegendő sebességet mér. A házi szélerőművek reális magassága 10-20m.

A széljárás (szeles, szélcsendes hetek, hónapok) a Főld Nap körüli keringése miatt éves ciklikusságot mutat egy adott helyen. Ennek a ciklikusságnak az ingadozása az évtizedes átlagokhoz képest 20-40%-s mértékű.
Az egy éven belüli szélsebességek (általában az 1m/s-s tartományok) előfordulását - egy-egy szélsebesség tartomány az év összes (8760) órájából hány órán át fordul elő - a szélsebesség évi relatív gyakorisága (eloszlása) írja le. Mérési adatok hiányában kellő közelítéssel számolható az adott helyen a szélkerék magasságára átszámolt (WMO, Hellmann) éves átlagos meteorológiai szélsebességből pl. a Weibull eloszlási függvénnyel.
Szélenergetikai szempontból rendkivül nagy a jelentősége, mert csak ennek ismeretében tervezhető az éves kivehető energia! A meteorológiai (matematikai) átlagsebesség ilyen célra közvetlenül nem használható. A köbös súlyozású átlag alkalmas lenne, de ilyen adat, vagy egész éves adatsor, amiből számítani lehetne ritkán áll rendelkezésre.

A magyarországi szélviszonyok az utóbbi évtizedek ezirányú kutatásai szerint olyanok, hogy az ország területének 2/3-a alkalmas nagy (~100m magasságú, 1-2MW-s) szélerőművek, és 80-90%-a alkalmas házi mikro (10-20m magas, <50kW) szélerőművek telepítésére! Tényleges létesítésre természetesen ennél kisebb terület jöhet szóba a művelés, beépítettség, városkép, tájvédelem, stb. szempontok figyelembe vételével. Ld.: a baloldali térképeket!
Ennek legalább részleges kihasználhatóságához jól jönne az európai, ázsiai, afrikai, észak- és dél-amerikai, ausztráliai szintű állami támogatás, hozzáállás. A hazai tudományos-intézményi, üzleti és hétköznapi gondolkodásmód alapos és valóságos megváltozása.

A SZÉLERŐMŰVEK "fizikája":

Ha a szél útjába akadályt teszünk, akkor az akadály előtt megnő, mögötte lecsökken a levegő nyomása. A nyomáskülönbség miatt az akadályra a szél irányával megegyező irányú erő hat, az akadályt a szél megpróbálja magával vinni. Ha nem hagyjuk "elfújni", vagyis energiát veszünk ki (vontatjuk magunkat, vagy a szélkerék lapátjaival generátort, vízhúzót hajtunk meg), akkor az akadály mögötti (távozó) v2 szélsebesség kisebb lesz, mint az előtte levő (érkező) v1, vagyis a mozgási energiájának egy részét átadja. Ha az akadály szimmetriáját elrontjuk, akkor a széliránnyal valamekkora szöget bezáró erő lép fel. Ha ezt az akadályt tengelyhez rögzítjük, akkor ennek az erőnek a sugárra merőleges összetevője forgatónyomatékot fejt ki a tengelyre.

Mivel a szél legnagyobb sebesség eredője általában a talajjal párhuzamos (sík terepen vízszintes) a tengelyt elhelyezhetjük:
- vízszintesen (Vízszintes Tengelyű Szélerőmű - VTSZ; Horisontal Axis Wind Turbine - HAWT)
- függőlegesen (Függőleges Tengelyű Szélerőmű - FTSZ; Vertical Axis Wind Turbine - VAWT).

A fenti szimmetria rontást (a szélkerék típusa) két alapvető módon végezhetjük el:
- Az egyes akadályoknak a szimmetriáját rontjuk el - ferde, ívelt, szárnyprofil keresztmetszetű lapátok.
- A tengelyhez rögzített akadályok (lapátok) eredő szimmetriáját (is), ami maga a szélkerék elrontjuk - a szélkerék lapátjait egymással szöget bezáróan, ferdén, szemben helyezzük el.
Minél okosabban rontottuk el ezeket a szimmetriákat, annál több energiát tudunk a szélből kinyerni, hasznosítani (a szélkerék hatásfoka).

Ennek az energia kinyerés mértékének, a hatásfoknak (Pki/Pszél) felső korlátja van. A Természet csak a szél energiájának egy részét engedi elvenni. Ezt a korlátot a matematika nyelvén, egy függvénnyel először Albert Betz tette közzé 1919-ben. Ez a Betz-limit, ami valójában egy függvény, és nem egy konkrét érték: a szélkerék előtti és utáni sebességek arányában írja le a kivehető teljesítményt, a szélkerék hatásfokát. A hatásfok elméleti maximális értéke v2/v1=1/3 esetben van, ez 16/27 (0,593 ~ 60%).
Leggyakrabban a tsr (tip speed ratio = gyorsjárási tényező = legnagyobb sugár pillanatnyi kerületi sebessége / a szélkerék felületére átlagolt pillanatnyi szélsebesség ) függvényében találkozunk ezzel a határgörbével gyakran az ideális propeller hatásfok görbéje elnevezéssel, aminek értéke a nullától indul és végtelen tsr-nél éri el az elméleti maximumot. A valós szélkerekek tsr függő hatásfoka mindíg a Betz-görbe alatt marad. A hatásfok nem csak a szimmetria rontástól, a szélkerék típusától, hanem a szélsebesség-lapátsebesség pillanatnyi arányától és a lapátok felületénél kialakuló pillanatnyi áramlási viszonyoktól (Reynolds-szám) is függ. Általában elmondható, hogy minél nagyobb a szélkerék tsr értéke, annál jobb az elérhető maximális hatásfoka is. Vagyis ugyanakkora szélsebesség és terhelés mellett minél nagyobb a szélkerék fordulatszáma, annál nagyobb az elérhető maximális hatásfoka. Általában minél kevesebb lapátja van a szélkeréknek, annál nagyobb a fordulatszáma, annál jobb az elérhető hatásfoka. Bár ez utóbbi a kis (<5 m/s) szeleknél fenntartásokkal igaz, mert az 1, 2, 3 lapátúak megindulás utáni nyomatéka olyan kicsi, hogy a talajközeli magasságban nem, vagy alig terhelhetők, alig vehető ki teljesítmény. Leginkább kudarccal végződik a "nagyok is így néznek ki" érvelés, másolás. Vegyük figyelembe, hogy a nagyoknál a szél is nagy, ezeket 5-6 m/s-nál kapcsolják be.

A hatásfok menetnek rendkivül nagy jelentősége van a leghasznosabb szélsebesség tartományban elérhető legjobb szélerőmű hatásfok szempontjából. Úgy kell a szélkerék várható fordulatszám tartományát beállítani (áttételezés, generátor, várható terhelési viszonyok), hogy a tsr függő hatásfok görbe maximuma essen a leginkább kiaknázandó szélsebesség (a felhasználási igénytől függő leggyakoribb, vagy a legtöbb évi energiát adó szelek) közelébe.
Az üzemi fordulatszám tartomány és a terhelés tudatos megválasztása, különösen szélsebesség függő szabályzása 1,5-2 szeres energia többletet eredményezhet ugyanazzal a szélkerékkel!

Ezek a görbék szigorúan tájékoztató jellegűek,
leginkább a főbb szélkerék típusok teljesítmény-hatásfok menetének
összehasonlítását szolgálják 8-10 m/s-s szélsebességeken.
Az ~5 m/s alatti szélsebességeken észrevehetően kisebb értékeket mutatnak
úgy maximális hatásfokban, mint optimális TSR értékben.
A görbék a szélsebesség csökkenésével
balra lefele tolódnak el.

A gyakorlatban megvalósítható szélkerekek max. hatásfok görbéi a szélkerék tényleges kialakítása szerint a szélsebességtől is függően a Betz-görbe alatti 40-80 %-s,
a talajközeli házi szélkerekeké a 30-60 %-s sávban helyezkednek el.

Gyakoribb SZÉLERŐMŰ típusok:

Már legalább 2 000 éve használjuk!

Krisztus korabali textil VAWT

Verancsics függőleges tengelyű szélturbinája.

Verancsics XXI. szd-i változata Felcsúton.

	SZÉLMALMOK A XIX. szd-i gőzgépek megjelenéséig a vízenergia mellett az egyik legjelentősebb energiaforrás a szél volt. A = (motolla sugara)² * Pí hatásfokuk = 0,15-0,20 tsropt ~ 2,5

SAVONIUS - VAWT

A róla elnevezett szélkerék típust
Sigurd J. Savonius finn mérnök szabadalmaztatta 1922-ben
Johann Ernst Elias Bessler (Orffyreus),
(1680-1745.) ötlete alapján.
Alacsony tsropt (0,5-0,6) értéke miatt fordulatszáma is alacsony (20-50 1/min), ezért áramtermelésre nagy gerjesztésű sokpólusú (30-40) generátorral, vagy 20-40 szeres áttétellel, de vízhúzóként direkt hajtással is remekül használható egyszerűségéből adódóan is. Mivel függőleges tengelyű, így szélirányba állítással nem kell törődni. Kis szélsebességeknél is jelentős nyomatékkal rendelkezik. Viharállósága igen jó a függőleges tengelyűekre jellemző "önárnyékoló" hatás miatt.
Legjobb hatásfoka számos mérés szerint
0,15 (3...4 m/s)-0,25 (8...10 m/s).
Gigantikus lapátjai miatt átmérőjét 3-4 m-nél tovább kockázatos nönelni. Ezért leginkább függőlegesen, akár több egymáshoz képest elforgatott emeletekkel növelhető hatásos keresztmetszete akár 30-40 m²-ig (10-15 kW-ig) kellően erős, kábelekkel is kiköthető széltoronyként.

Kétlapátos Savonius a legjobb hatásfok arányokkal.

a legegyszerűbb C-lapátú

egy kettős (dual) C profil

majdnem radiálturbina,
vagy még soklapátos Savonius

VAWT C-rotor

A számos variációt rejtő C-rotor
("C" lapátkeresztmetszet-ű) főbb típusai:
- a félkör, vagy inkább fél ellipszis lapátú -
- a Lenz2 -
- a Canstein -
- a kettős C lapátú -
- és tág értelmezésben a radiálturbina
és a Savonius is -
bár az utóbbi kettőt én önálló
kategóriának tekintem, külön taglalom.
Mindegyik 3-10 db lapáttal készíthető. A magyar, 3-5 m/s közti gyakori szélviszonyokra inkább az 5-10 lapátosok kívánatosok. Ezek már 2,5-3 m/s-tól biztosítanak használható teljesítményt, persze ennek és a szélkerék keresztmetszetnek megfelelő nagyságút
(Pki= ld.: 1. ábra)
Átmenetet képeznek a Savonius és Darrieus típusok közt. Működési elvük is átmenet: a megindulás még értelmezhető az impulzus átadás, az alaktényező függő közegellenállás fizikájával, de forgás közben már a szárnyprofil lapátokat, radiál-turbinákat leíró áramlási törvényekkel.
A forgás közben kialakuló "léghengernek" köszönhető
igen jó viharállóságuk is.
Legjobb hatásfokuk is az utóbbiakat közelíti,
0,1 (félkör)-0,3 (Canstein, Lenz, Dual-C) körüli, ami nagyban függ a lapátok számától, alakjától és beállíttási szögétől. Ez a széllel szemben haladó lapátokból és a hengeren átáramló kilépő szélből a Lift-hatás miatt kivehető plusz teljesítményt alapvetően befolyásolja. (Bánki-turbina jelenség.) Rossz beállítás esetén ezek veszteségként, fékezésként jelentkeznek!
Az 5-6 m/s szélsebesség alatt az 5-10 lapátosok hatásfoka és nyomatéka jobb, mint a 3-4 lapátos Darrieus, vagy a vízszintes tengelyű propeller típusoké.
Fordulatuk sajnos alacsony, a legnagyobb kivehető teljesítményt 0,1 (félkör)-0,6...0,8 (Lenz, Canstein, Dual-C) optTSR érték körül produkálják. Ezt a legjobb hatásfokhoz tartozó TSR tartományt is jelentősen befolyásolja a lapátszám, lapát db, lapátszög, lapát/szélkerék méretarány.
Teljes terhelhető fordulatszám tartományuk
0,1 - 0,9 TSR közé kalkulálható.
Kis szélsebességen (<5 m/s) is jelentős nyomatékuk miatt bátran áttételezhetők, vagy alacsony 50-200 1/min névleges fordulatú, sokpólusú PMgenerátorral használhatók áramtermelésre.
Célszerű törekedni a minél kisebb szélkerék sugárra a minél nagyobb fordulatszám elérése miatt, és a keresztmetszetet a magassággal növelni. (A=2R*H)
A lapátfejek átmérője a lapát számtól függően
általában a szélkerék átmérő 10-20 %-a.
Egyszerűségük okán hazai ismeretlenségük ellenére ideális és egyszerű házi mikroszélerőművek építhetők velük.

A megindulás alapelve

VAWT C-rotor alapelve

LENZ2 - VAWT

Lelkes amatőr kisérletek eredménye ez a Savonius - Darrieus közti átmenet. Az egyik legjobb 2. variációt Lenz 2005-ben tette közzé Michigan-ben.
A legjobb 15 (3...4 m/s) -30 (8...10 m/s) %-s teljesítmény hatásfokot, tsr=0,8 értéknél produkálja kizárólag az ábra szerinti méretarányokkal. Több, 5-6 lapátos kialakítással a méretarányok durván felére csökkentésével kis (<5m/s) szeleken is elérhető a 30-40 %-s hatásfok tsr=1 körül.
Robusztus lapátjai miatt 3-5 kW feletti beépített teljesítményre nem célszerű megépíteni. Teljesítmény növelést a lapát magasság (H) növelésével érdemes végezni 2-3m maximális ajánlható átmérő határig.
Alacsony fordulata miatt nagy gerjesztésű sokpólusú (20-50) generátort, vagy 10-30 szeres áttételezést kell alkalmazni.
1,6-1,8 tsr értéknél eléri maximális fordulatát, azonban a rezonanciák miatt minimum a generátor maximális terhelhetőségével, akár műterheléssel fékezni kell 60-70km/ó-s szelek felett.

Lenz2 vawt rotor vázlatrajza a legoptimálisabb méretekkel.

CANSTEIN (C-Rotor) - VAWT

1991-ben szabadalmaztatta (DP 41-20-908) Carl von Canstein ezt a szárnyprofil áramlási viszonyaihoz közelítő típust azzal a kitétellel, hogy 13 év után bárki szabadon felhasználhatja. Főleg német amatőrök körében ismert, egyszerűen elkészíthető függőleges tengelyű szélkerék.
20-30 %-s legjobb hatásfoka vetekszik a Darrieus-H, vagy a 3 lapátos Rotor kialakításokkal alacsony szélsebességeknél. A legnagyobb teljesítmény hatásfokot 0,6-0,8 tsr közt éri el, ami a Giromill, 5-6 lapátos Rotor típusok fordulatának kb. az ötödét jelenti. Ezt kárpótolja az áttelezésnél is előnyös nyomaték menetük.
Erős, 60 km/ó feletti viharokban ezt is, mint mindegyik szélkereket maximális terheléssel, akár műterhelés bekapcsolásával és mechanikus vészfékezéssel kell védeni.
A lapátok igen egyszerűen, félbevágott csövekből, síklemezekből meghajtva elkészíthetők akár 30-40m² hatásos szélkerék keresztmetszettel is.

A leírás magyarításáig, a saját mérések elvégzéséig ITT tanulmányozható.

Egy méretezési segédlet: excel

Még néhány VAWT-C típus

A legigéretesebb VAWT-C típusok a hazai 3-5 m/s-s szélsebesség tartományban:
Számos valós szélben és szélcsatornában elvégzett mérések, matematikai elemzések szerint.
Szívesen vennék bármelyik megépített változatáról valós szélben szerzett tapasztalatokat,
terhelt mérési eredményeket valamennyiünk további okulására a fenti email címre.

A fix és jól méretezett terelőlapokkal szerelt
VAWT szélkerekek hatásfoka,
így teljesítménye is a terelő lapokkal meghatározott átmérőjű
ugyanolyan típusú rotorhoz képest
a 3-5 m/s-s tartományban 20-30 %-l, 8-10 m/s fölött 30-50 %-l növelhető.
Megerősített viharállóságú szerkezet szükséges a megnövekvő vízszintes irányú szélterhelés és a jelentős turbulenciák, rezonanciák, állóhullámok miatt.

vawt Verancsics-féle terelőlapos turbina

(képek)

(ábra helye)

DARRIEUS-H (Giromill) - VAWT

G. J. M. Darrieus francia léghajózási mérnök 1926-ban nyújtotta be a baloldali szabadalmát Franciaországban, majd 1931-ben az U.S.A.-ban. Ezzel forradalmasította a függőleges tengelyű (VAWT) szélerőművek lapát kialakítását. Korának dinamikus repülésteknikai fejlődésének "mellékterméke" a szárnyprofil szélerőművekbeli alkalmazása.
Az első nagyobb, néhány 100kW-s szélerőművek az 1930-s években ilyen rotorokkal épültek. A mégnagyobb, 1-2MW-s teljesítmények eléréséhez szükséges 50-100m-s átmérő x 50-100m-s lapátmagasság anyagszilárdsági, statikai akadályok miatt ezzel a rotoralakzattal nem oldható meg. Ezért is kerültek előtérbe a nagy erőműveknél a "propeller" típusú rotorok. Házi (<50kW) erőművekben a ~40%-s maximális hatásfokuk - amit lapátszámtól és profiltól függően 3-6 tsr értéknél érik el, a szélirányba állítás szükségtelensége, a párhuzamos oldalú lapátok gyártási egyszerűsége, a torony kábeles kiköthetősége miatt akár 100-150m² hatásos keresztmetszetű szélkerékként is sikeresen használhatók, amit a szélenergia hasznosításban élenjáró országokban nagy számban megtalálható ilyen házi erőművek is igazolnak. Sajnos a hazai talajközeli kis (<5 m/s) szeleken gyakorlatilag használhatatlanok, amit számos matematikai elemzés, szélcsatorna és valós körülmények közti mérés elég egyértelmúen igazol.
Az első Darrieus elvű szélturbinák ívelt lapátokkal készültek. Óriási előnyük a karcsú toronyszerkezet volt, mivel kábelekkel a csúcsponton kiköthető a főtengely. A teljes körbefordulás alatti maximális nyomatékot a lapátok állásszögét automatikusan szabályzó összekötő rudazattal oldották meg. Ma már nem igen alkalmazott módszer a plusz hibaforrás, zaj miatt. Megfelelő lapátprofillal, jól választott lapátszöggel kiváltható.
Következő mérföldkő a Darrieus-H, vagy gyakori elnevezéssel Giromill. 2-6 lapátos változatait az 1970-s évektől sikeresen alkalmazzák. 1-30kW-s beépített teljesítménnyel kereskedelmi forgalomban is megvásárolhatók szénszálas műgyanta, vagy alumínium lapátokkal. Házi kivitelezésre a legalkalmasabb Darrieus típus.
Egyik speciális változata a Heidelberg-féle, ami típus-elnevezését a szélerőművekben elsőként alkalmazott 60-80 pólusú állandómágneses generátornak köszönheti (a rotor tengelyénél látható hatalmas kerékgenerátor). 30-100 kW-s beépített teljesítménnyel iparszerűen gyártott típus volt.
Másik speciális esete a Gorlov-turbina, amit Alexander M. Gorlov Professor 2001-ben szabadalmaztatott. A Giromill azon változata, amikor a lapátok középvonala egy henger palástját elmetsző ferde sík metszésvonalát követik. A lapátok vízszintes metszete a választott profil. Egyenletes nyomaték eloszlást biztosít a teljes 360°-s körbefordulás alatt. Szélturbinaként néhány kW-s változatban, 3 db szénszálas műgyanta lapáttal sorozatban gyártják. Házi gyártása az ívelt, csavart lapátok miatt nehézkes.
A kétlapátos Darrieus-t a könnyebb megindulás végett gyakran Savonius-al is kiegészítik, mert sajnos 5-6 m/s alatt nehézkesen pörögnek fel.
Működési elve, alaptípusai a baloldali ábrákon megtalálhatók.

Soklapátos farm típus (ábra forrása a linken).

SOKLAPÁTOS - HAWT
(Multiblade, Farm típusú)

Az amerikai, ausztráliai farmokon az 1800-s évekbeli tömeges elterjedése óta a mai napig szerte a világon alkalmazott ideális vízhúzó szélkerék. A 20-30 lapátos kivitel alacsony fordulatszáma (50-100 1/min) miatt áramtermelésre nagy gerjesztésű sokpólusú generátorral, 10-20 szoros áttételezéssel használható. Igen jónak mondható nyomaték-hatásfok menete miatt már a 2-3 m/s-s szélsebességeknél is dolgoztatható. Persze az itteni kis teljesítmények figyelembe vételével.
Szélirányba állásáról a faroklapát gondoskodik. Erős (60-80 km/ó feletti) szeleknél a faroklapát rugós, ferde-csapos megoldásával vízszintes kiforgatással, vagy a szélkerék függőleges hátra billentésével szokás a viharvédelmet biztosítani.
Legjobb hatásfoka 0,8-1,0 tsr érték körül 0,25-0,30. Amit kedvező nyomatéka ellensúlyoz. Elsősorban a leggyakoribb szelek energiáját hasznosító, napi ciklikusságú felhasználás területén ajánlott (vízhúzó, helyi világítás, stb...).
A rotor átmérője 1-10 m közt szokásos az ehhez tartozó 0,3-10 kW legnagyobb teljesítménnyel (10-12 m/s-s szélnél).
A legnagyobb (beépített) teljesítményt általában is kellő megfontoltsággal értelmezzük, mert fele akkora szélsebesség elméletileg is már csak 1/8 teljesítményt jelent a köbös arányosság miatt (ld. fent)!
Tartószerkezete az alacsony felépítés és jelentős oldalirányú szélterhelés miatt leginkább "terpesztett" lábú acéltorony.

... folytatás bizonytalan.