Sudut Elevasi

Sudut elevasi (juga disebut sudut ketinggian) adalah ketinggian sudut dari matahari di langit dihitung dari horizontal. Ketinggian dan elevasi juga digunakan untuk menjelaskan ketinggian dalam meter dari permukaan laut sehingga bisa mengakibatkan kebingungan. Elevasi adalah 0° pada saat matahari terbit dan 90° saat matahari berada tepat di atas kepala (yang terjadi pada ekuinoks musim semi dan gugur di khatulistiwa sebagai contoh).

Sudut elevasi berubah sepanjang hari. Sudut elevasi juga bergantung pada derajat lintang sebuah lokasi dan hari dalam tahun.

Sebuah parameter penting dalam proses desain sistem fotovoltaik adalah sudut elevasi maksimum, yaitu ketinggian maksimum matahari di bumi pada suatu waktu tertentu dalam satu tahun. Sudut elevasi maksimum ini terjadi pada tengah hari dan bergantung pada derajat lintang dan sudut deklinasi sesuai dengan yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sudut elevasi maksimum pada tengah hari (α) adalah sebuah fungsi dari derajat lintang dan sudut deklinasi (δ).

Dari gambar di atas, sudut elevasi pada tengah hari dapat ditentukan dengan rumus:

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

Jika persamaan di atas menghasilkan nilai lebih dari 90° maka kurangi hasilnya dari 180°. Hal itu berarti matahari pada tengah hari berada di selatan sebagaimana biasa terjadi pada hemisfer utara.

dengan:
φ adalah derajat lintang dari lokasi yang ingin dihitung. (+ve untuk hemisfer utara dan -ve untuk hemisfer selatan).
δ adalah sudut deklinasi, yang bergantung pada hari dalam tahun.

Di garis balik utara pada titik balik matahari bulan Juni, matahari berada tepat di atas kepala dan sudut elevasi adalah 90°. Pada musim panas, di derajat lintang antara Khatulistiwa dan garis balik utara, sudut elevasi adalah lebih besar daripada 90°, yang berarti cahaya matahari datang dari utara bukan dari selatan sebagaimana di kebanyakan hemisfer utara. Demikian pula, pada derajat lintang antara Khatulistiwa dan garis balik selatan, pada beberapa masa dalam setahun, cahaya matahari datang dari selatan, bukan dari utara.

Sementara sudut elevasi maksimum digunakan bahkan pada desain sistem PV yang sangat sederhana, simulasi sistem PV yang lebih akurat membutuhkan pengetahuan tentang bagaimana sudut elevasi bervariasi sepanjang hari. Persamaan tersebut diberikan pada halaman berikut.

Elevasi, \(\alpha\),bisa didapatkan menggunakan persamaan berikut:

di mana HRA adalah sudut jam

Sudut Zenit

Sudut zenit adalah sudut antara mathari dan vertikal. Sudut zenit mirip dengan sudut elevasi namun diukur dari vertikal, bukan horizontal, sehingga sudut zenit = 90° – elevasi.

Matahari Terbit dan Matahari Terbenam

Untuk menghitung waktu matahari terbit dan terbenam, ketinggian ditentukan menjadi nol dan persamaan elevasi diatur ulang menghasilkan:

dan matahari terbenam:

persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

di mana TC adalah faktor koreksi waktu.