Мне интересно, именно то, почему при одинаковых условиях лучи из-за разного угла дают дают меньше/больше тепла.
Потому что поперечное сечение пучка параллельных лучей имеет меньшую площадь, чем сечение под любым другим углом. Соответственно, один и тот же пучок прямых лучей падает на маленькую поверхность и их энергия приходится только на нее. А точно тот же пучок, падающий под непрямым углом осветит бóльшую площадь и на единицу этой площади придется меньше энергии, чем на единицу площади поперечного сечения. В общем случае, плотность энергии на единицу площади будет пропорциональна синусу угла падения (угла между лучами и поверхностью), как вам уже сказали в комментариях.
О влиянии атмосферы тоже верно сказали в комментариях: чем больше путь лучей через атмосферу (например, при восходе или закате Солнца), тем сильнее их поглощение и рассеяние в этой самой атмосфере. Максимум энергии на единицу горизонтальной поверхности придется в момент, когда Солнце в зените (и синус близок к 1 и атмосфера влияет минимально). Для наклонной поверхности оптимальный угол падения будет близок к нормали (перпендикуляру) к поверхности (из-за синуса), но немного отличаться (из-за влияния потерь и рассеяния солнечных лучей в атмосфере).