迄今为止，人类已经能够通过水能、风能、化学能、太阳能和核能进行发电。但在自然界中，还有其他能源值得利用，例如，降雨的能量。科学家目前正在研究利用降雨作为能源的可行性，并且已经取得了一些进展。

雨滴有多少能量？

云中的水因其高度而具有重力势能。根据中学物理，一个物体的重力势能（Ep=mgh）等于它的质量乘以重力加速度（约为9.81米/平方秒）以及它的高度（相对于地球表面）。如果雨滴落到地面上，其重力势能将会转换为动能。下面以一个简单的例子稍作说明。

假设某个地区的年平均降雨量为100厘米，房子屋顶的面积为100平方米，这意味着屋顶每年会收集到大约10立方米或者10吨的水。考虑到雨滴来自海拔约2000米的层云，这意味着大约有2亿焦耳或56千瓦时的重力势能损失。这个数字似乎很小，但考虑到面积约为1平方公里，雨滴的能量可以为大约500户家庭供电一年。

这种能量的最终来源是什么？

正如地球上大多数其他能源一样，降雨的能量最终也是来自于太阳。在地球表面，每平方米的面积在每秒所接收到的太阳能约为1400焦耳。也就是说，地球表面所接收到的太阳能功率为1400瓦/平方米。从这个角度来看，如果把照射到青海省的所有太阳能都能转化为电能，这将相当于全球所有发电站所产生电能的300倍。

在地球上，照射到地表的大部分太阳辐射被用来蒸发海洋、河流和湖泊中的水。由于大气的不同部分吸收了不同数量的太阳热量，大气中将会产生温差，这就像一个泵，把蒸发的水拉上来，雨水在这个过程中获得了重力势能。

储存雨水的能量

我国水力发电站的年发电量位居世界第一，约占我国总发电量的17%。水力发电是目前最清洁的能源形式之一，其原理相当简单。水从高处流下来，推动涡轮运动。涡轮又会带动发电机运动，发电机就会把机械能转化为电能。

研究表明，通过使用类似于水力发电站的方法就能用雨水来发电。一个高过地面的大型蓄水池可以收集雨水，然后利用这些雨水来驱动涡轮，进而带动发电机发电。这种方法在雨季非常有效，因为有相对连续的雨水供应。

利用雨滴的动能来发电

对于一颗直径约为5毫米的雨滴，它最终到达地面时的速度约为10米/秒。最近的研究表明，通过某些具有压电性质的材料，如PVDF（聚偏二氟乙烯），可以用雨滴的动能来发电。

压电材料

在施加机械应力时，压电材料会产生电压。表现出压电效应的材料也会表现出相反的效应——逆压电效应。这意味着一旦给压电材料施加电荷，它们就会变形。

压电材料是具有不对称结构的晶体材料，它们本身是电中性的，因为它们所带的正电荷等于负电荷。然而，当这些材料受到挤压时，它们的结构会发生变形，使一些原子更靠近，而另一些原子则被拉开。这会破坏正电荷和负电荷的平衡，从而产生电势。石英是最常见的压电材料之一，它们通常被用于钟表等电子设备的计时装置。

压电体如何把雨水的动能转化为电能？

简单来说，水滴落在压电材料上引起的振动会产生压力，这会导致压电材料产生电势差，从而把雨滴的动能转化为电能。

压电材料特别适用于收集和储存电荷，比如由电子仪器产生的电荷，或者水滴产生的电荷。既然从降雨中获取能量很容易，为什么现在还没有得到大范围推广呢？

“雨能”的问题

第一个问题是效率。据估计，压电装置只能从雨滴中提取大约12毫瓦的电能，基本上只够供电一个传感器。此外，压电装置非常昂贵，需要定期维护。

另一方面，建造一个高过地面很多的大型蓄水池也是不现实的，需要投入巨大的成本。这与太阳能发电相比，成本要高出许多。

不过，最近研发出的新材料，如石墨烯，能够通过分解雨水中的盐分来产生电能，这表明利用雨水发电的方法不止一种。随着技术的不断革新，“雨能”或许也能像其他能量一样得到广泛使用。