Sudan University of Science and Technology College of Graduate Studies Department of Electrical Engineering

Sunlight
:
 
Photometry enables us to determine the amount of light given off by the 
Sun in terms of brightness perceived by the human eye. In photometry, a 
luminosity function is used for the radiant power at each wavelength to give a 
different weight to a particular wavelength that models human brightness 
sensitivity. Photometric measurements began as early as the end of the18th 
century resulting in many different units of measurement, some of which cannot 
even be converted owing to the relative meaning of brightness. However, the 
luminous flux (or lux) is commonly used and is the measure of the perceived 
power of light. Its unit, the lumen, is concisely defined as the luminous flux of 
light produced by a light source that emits one candela of luminous intensity over 
a solid angle of one steradian. The candela is the SI unit of luminous intensity 
and it is the power emitted by a light source in a particular direction, weighted 
by a luminosity function whereas a steradian is the SI unit for a solid angle; the 
two-dimensional angle in three-dimensional space that an object subtends at a 
point. 
One lux is equivalent to one lumen per square metre; 
1 lx = 1lm ∙ m
-2
= 1 cd ∙ sr ∙ m
-2
I.e. a flux of 10 lumen, concentrated over an area of one square metre, lights 
up that area with illuminance of 10 lux. Sunlight ranges between 400 lux and 
approximately 130000 lux, as summarized in the table below. 
Table 2.1 Sunlight in day 
Time of day 
Luminous flux (lux) 
Sunrise or sunset on a clear day
400 
Overcast day
1000 
Full day (not direct sun)
10000 – 25000 
Direct sunlight
32000 – 130000 

---

9 
Elevation angle
The elevation angle is used interchangeably with altitude angle and is the 
angular height of the sun in the sky measured from the horizontal. Both altitude 
and elevation are used for description of the height in meters above the sea level. 
The elevation is 0 degrees at sunrise and 90 degrees when the sun is directly 
overhead. The angle of elevation varies throughout the day and depends on 
latitude of the particular location and the day of the year. 
Zenith angle 
This is the angle between the sun and the vertical. It is similar to the angle 
of elevation but is measured from the vertical rather than from the horizontal. 
Therefore, the zenith angle = 90 degrees – elevation angle as in the figure2.4 [5]. 
Figure 2.4 Angle of elevation and zenith angle 
Azimuth angle 
This is the compass direction from which the sunlight is coming. At solar 
noon, the sun is directly south in the northern hemisphere and directly north in 
the southern hemisphere. The azimuth angle varies throughout the day. At the 
equinoxes, the sun rises directly east and sets directly west regardless of the 

---

10 
latitude. Therefore, the azimuth angles are 90 degrees at sunrise and 270 degrees 
at sunset [5].