고도각 (Elevation Angle)

고도각(altitude angle로도 서로 바꾸어 표기)은 수평선으로부터 측정한 하늘에서의 태양의 각 높이(angular height)이다. 해발 위 높이를 미터단위로 표시할 때 altitude와 elevation 둘 다를 사용하므로 혼동이 되기도 한다. 일출시 고도각은 0°이고, 태양이 머리 바로 위에(춘분 과 추분에 적도에서 관찰) 있을 때는 90°이다.

고도각은 하루 중에도 변한다. 특정 지역에서의 위도와 연중일에 따라서도 변한다.

태양광시스템을 설계할 때 중요한 변수는 최대 고도각으로, 이는 연중 특정 시간에 하늘에 서의 태양의 최대 높이이다. 이 최대 고도각은 정오에 일어나고, 아래 그림과 같이 위도와 경사각에 따라 달라진다.

태양 정오에서의 최대 고도각(α)은 위도와 경사각(δ)의 함수이다.

위 그림으로부터 태양 정오에서의 고도각은 북반구에서의 위치에 대해 다음 공식으로 결정 한다.

$α = 90 + φ - δ$

그리고 남반구에서는 다음 식이 적용된다.

여기서,
Φ : 해당 위치의 위도. 북반구 공식의 경우에, 북반구는 양수이고, 남반구는 음수이다. 남반
구 공식의 경우, 남반구는 양수이고, 북반구는 음수이다.
δ : 경사각으로 연중일에 따른다.

하지 때 북회귀선에서 태양은 바로 위에 있고, 고도각은 90°이다. 여름에 적도와 북회귀선 사이의 위도에서는 태양 정오에서의 고도각이 90°보다 큰데, 이는 태양광이 대부분의 북반 구에서처럼 남쪽으로부터가 아닌 북쪽으로부터 온다는 것을 의미한다. 마찬가지로 적도와 남회귀선 사이의 위도에서는 연중 어떤 기간 동안에는 태양광이 북쪽이 아닌 남쪽으로부터 입사된다.

매우 간단한 태양광 시스템 설계에서도 최대 고도각이 사용되는 반면 보다 정확한 시스템 설계 시뮬레이션에서는 고도각이 하루 중에 어떻게 변하는지를 알아야 한다. 이들 방정식은

고도(elevation)각, α 는 다음 공식을 이용하여 구할 수 있다.