El ángulo de elevación

El ángulo de elevación (usado indistintamente como ángulo de altitud) es la altura angular del sol en el cielo medido desde la horizontal. Confusamente, tanto altitud y elevación se utilizan para describir la altura en metros sobre el nivel del mar. La altitud es de 0 ° a la salida del sol y 90 ° cuando el sol está directamente encima (lo que ocurre por ejemplo en el ecuador en los equinoccios de primavera y otoño).

El ángulo de elevación varía a lo largo del día. También depende de la latitud del lugar particular y el día del año.

Un parámetro importante en el diseño de sistemas fotovoltaicos es el ángulo máximo de elevación, es decir, la altura máxima del sol en el cielo en un momento determinado del año. Este ángulo máximo de elevación se produce al mediodía solar y depende del ángulo de latitud y declinación, como se muestra en la siguiente figura.

The maximum elevation angle at solar noon (α) is a function of latitude and the declination angle (δ).

De la figura anterior, una fórmula para el ángulo de elevación al mediodía solar puede determinarse de acuerdo con la fórmula para lugares en el hemisferio norte:

$\alpha =\mathrm{}90-\phi +\delta$

y para el hemisferio sur:

$\alpha =90+\phi -\delta$

dónde:

φ es la latitud del lugar de interés. En la ecuación para el hemisferio norte, para las ubicaciones del hemisferio norte es positivo y negativo para el hemisferio sur. En la ecuación para el hemisferio sur, φ es positivo para las ubicaciones del hemisferio sur y negativa para lugares del hemisferio norte.δ es el ángulo de declinación, que depende del día del año.

En el Trópico de Cáncer durante el solsticio de verano, el sol está directamente en lo alto y el ángulo de elevación es de 90 °. En verano en latitudes entre el ecuador y el trópico de Cáncer, el ángulo de elevación al mediodía solar es mayor de 90 °, lo que implica que la luz del sol está viniendo desde el norte en lugar de desde el sur como en la mayor parte del hemisferio norte. Del mismo modo, en las latitudes entre el ecuador y el trópico de Capricornio, durante algunos períodos del año, la luz del sol incide desde el sur, en lugar de desde el norte.

Mientras que el ángulo máximo de elevación se utiliza incluso en diseños muy simples de instalación fotovoltaica, una simulación más precisa de sistemas fotovoltaicos requiere el conocimiento de cómo el ángulo de elevación varía a lo largo del día. Estas ecuaciones se dan en la siguiente página.

La elevación, α, se puede encontrar utilizando la siguiente fórmula::

dónde HRA es el ángulo hora 

Ángulo cenital

El ángulo cenital es el ángulo entre el Sol y la vertical. El ángulo cenital es similar al ángulo de elevación, con la diferencia de que se mide desde la vertical en lugar de desde la horizontal, con lo que el ángulo cenital = 90 ° - elevación.

Salida y puesta del sol

Para calcular el tiempo de amanecer y el atardecer, la elevación se establece en cero y la ecuación de elevación de arriba se reordena para obtener:

y la puesta de sol:

estas ecuaciones pueden simplificarse como:

dónde TC es la corrección de tiempo.