在光伏阵列设计和安装中，许多参数需要根据安装地点以及周围环境进行特殊计算和分析。太阳能阵列倾斜角度设计就是其中重要的一环。合理的设计和安装可以提高系统产能10%左右，对于一些地理位置特殊的项目，相较于较差的设计，增产更可能高达20%。据我所知，大多数业内设计师和安装师默认的方法是“阵列最佳倾角”等于“所在地的纬度角”。这篇文章将会讨论和证明这种方法的缺陷，同时介绍我个人认为更为优化和准确的测算方法。相信不少同仁在希望知道老方法的不足之前，可能更感兴趣了解这个“倾角等于纬度角”结论是怎么得出的吧。其实这并非是一个经验论，而是基于太阳行径以及方位在特殊的日期下计算出来的一个等式。
想要在地球上定位一个地点，知道经纬度是必要的.经度(Longitude)λ和纬度(Latitude) Ø相当于我们平面几何中的Y轴和X轴，不过他们一个以本初子午线(the Prime Meridian)为基准,一个以赤道(Equator)为基准，其坐标交点就是我们需要查找的地点。比如北京的坐标就是39.9N°，116.4°E，意思就是北京在赤道以北39.9度，格林威治线以东116.4度。经纬度和方位角(Azimuth)是完全的两个概念，但是这两个角度对于光伏阵列的倾角和朝向，有着至关重要的影响，后文也会有所介绍。
图一：经纬度示意图
图一的Ø角度就是该地点相对于地心的纬度角，而λ则是该地点相对于格林威治线的经度角。
图二：方位角示意图
如果说经纬角度是定位角的话，方位角更像一个指向角。在世界地图中，“上北下南，左西右东”其实就是对方位角的通俗表达。如图二所示，方位角(Azimuth)其实就是朝向相对于正北的偏角。通常方位角有两种定义范围，分别是0至360度和180至-180度。澳大利亚采用的正北是0度，然后顺时针90度为正东，180度为正南，270度为正西。需要注意的是这里的正方向都是指的地理的正方向，而平时拿指南针或者大部分手机APP测出来的是地球磁场的北极，是有一个偏角的，由于是不规则变化，所以没有办法固定这个偏角度。专业的光伏测量仪器，比如英国的SEAWARD或美国的Solmetric生产的自带内置GPS的测量工具，是可以准确测出地理北极的。当然设计师也可以登录网上卫星地图，用直尺或量角器在误差允许的范围内进行估测。
图二中还显示了星体(太阳)的高度角(Altitude)α，它表示太阳距离观测点与水平面所成的夹角。高度角随着季节和一天内不同时间段在变化，准确的数值需要从观测站数据库获得。高度角的变化直接影响太阳能板对太阳光照强度的接收。其实一年之内，太阳相较于同一地点的直线距离是几乎可以看做不变的，甚至冬季比夏季还短一些。而夏天热冬天冷的真正原因就是高度角的差别。
图三：太阳季节性偏角示意图
图三介绍了对于倾角计算的最后一个变量，叫太阳的季节性偏角δ(declination angle)，这个是以春分秋分线为基准，不同季节太阳相对于基准线偏离的倾角。夏至(Summer Solstice)和冬至(Winter Solstice)时的太阳高度角与春分秋分(Equinox)的相差Ɛ=23.45°。澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)在其编写的《Applied Photovoltaics》一书中介绍了太阳的偏角在其他日子里的算法，
其中，
δ是第“d”天的太阳偏角;
Ɛ是夏至冬至时相对于春分秋分时的太阳偏角23.45°;
d是从1月1号算起的总天数。比如2月2号就是相当于33天。
南半球正北朝向的高度角α和纬度角Ø及偏角δ之间的关系是，
因为南北半球的季节是相反的，所以偏角的正负极也是相反的，进而高度角的大小也不一样。北半球正南朝向的高度角关系则是，
当假设正午时，太阳可以垂直照射正南朝向的阵列时，阵列的倾角为θ，那么阵列的倾角和太阳的高度角关系可以表示为，
而当春分和秋分时，太阳的偏角又等于0，那么此时高度角和纬度角的关系是，
结合(4)和(5)可以得出等式“倾角θ=纬度角Ø”，这也就是我们一直默认的最优倾角选择法的由来。
