本發明涉及海洋工程領域，尤其涉及一種具有消波功能的竹節式波浪能光伏互補發電平臺。
背景技術：
1、隨著全球能源需求的持續增長和環境保護意識的增強，海洋可再生能源開發日益受到重視。波浪能和太陽能是兩種最具潛力的海洋可再生能源，二者在時間上和空間上具有天然互補性：白天光照充足時波浪能相對較弱，夜間或陰雨天氣時波浪能往往更為豐富。因此，將波浪能發電與光伏發電相結合，形成多能互補的發電平臺，可有效提高能源輸出的穩定性和海域空間利用率。
2、目前，海上波浪能發電裝置主要有振蕩水柱式、擺式、振蕩浮子式等類型。其中，擺式波浪能發電裝置因其結構相對簡單、轉換效率較高而被廣泛研究。傳統的擺式波浪能發電裝置通常將擺板鉸接于固定基礎或浮體上，利用波浪推動擺板相對于浮體擺動，通過液壓系統、機械傳動或直線發電機將擺動機械能轉化為電能。然而，此類裝置存在諸多固有缺陷：水下活動部件數量多，擺板與浮體之間的鉸接結構及傳動機構長期浸沒于海水中，面臨密封困難、腐蝕磨損、海洋生物附著等問題，導致維護成本高昂，系統可靠性難以保證；能量傳遞路徑較長，擺板的擺動需要經過連桿、液壓系統或齒輪齒條等中間環節才能驅動發電機，每個環節都存在機械摩擦、液壓泄漏或能量轉換損失，整體轉換效率受到制約；此外，傳統擺式裝置的浮體通常為整體式結構，在波浪作用下隨波運動幅度大，容易造成連接件疲勞損壞，且浮體本身缺乏消波功能，無法為自身提供平穩的工作環境。
3、在海上光伏發電方面，現有浮式光伏系統通常將光伏板安裝于整體式浮體上漂浮于水面。然而，整體式浮體在惡劣海況下易受波浪沖擊而產生較大運動，導致光伏板受力不均、結構疲勞甚至損壞，同時現有浮式光伏系統僅具有單一的發電功能，未充分利用海域的波浪能資源。近年來，出現了將波浪能發電與光伏發電結合的方案，但多為簡單的功能疊加，二者在結構上缺乏協同設計，波浪能俘獲機構與浮體分離，進一步增加了系統復雜度和水下密封難度。部分方案采用網衣或浮球作為消波結構，但其柔性構件在長期波浪作用下易疲勞破損，且消波效果有限，無法在浮管圍合區域內形成完全平穩的水域，從而影響光伏板的穩定性和發電效率。因此，針對以上這些問題，本技術提出了一種解決方案。
技術實現思路
1、發明目的：本發明的目的是提供一種具有消波功能的竹節式波浪能光伏互補發電平臺，旨在解決現有技術中水下活動部件多、密封困難、能量傳遞損失大、結構集成度低、缺乏消波功能以及光伏板工作環境不穩定的問題。
2、技術方案：本發明所述的一種具有消波功能的竹節式波浪能光伏互補發電平臺，包括有竹節式浮管結構和光伏發電單元；
3、所述竹節式浮管結構由多個浮管節段依次串聯而成，浮管節段的下方剛性連接有擺板，兩端分別設置有萬向節，萬向節之間通過曲軸鏈接，所述曲軸的輸出端連接有發電機構；
4、所述光伏發電單元包括有設置在浮管節段圍攏區域上方的光伏板以及支撐光伏板的桁架，所述桁架包括有浮力底梁、矩形梁和傘骨形浮力支撐架，所述矩形梁設置在光伏板下方；支撐光伏板，所述浮力底梁設置在矩形梁下方，提供浮力；所述傘骨形浮力支撐架設置在浮力底梁的底部，由多根輻射狀桿件組成，交匯于浮力底梁的中心原點，任意所述桿件通過pto與發電機構連接。
5、本裝置在受到外部波浪作用時，首先作用于竹節式浮管結構和擺板，由于竹節式分段結構的消波效應和擺板的阻尼作用，外部波浪能量被有效消減，使得浮管圍合的內部區域形成平穩無浪的水域；與此同時，各浮管節段帶動擺板隨波浪運動，相鄰節段之間產生相對旋轉，通過萬向節驅動曲軸轉動，曲軸帶動活塞往復運動，驅動發電機將機械能轉化為電能；由于內部區域無波浪，光伏發電單元保持相對平穩，而浮管節段隨波浪運動，兩者之間的相對運動驅動pto發電；多個pto的協同作用不僅產生附加電能，還維持了光伏板的空間穩定；光伏板在平穩環境中高效接收太陽能并轉化為電能，浮力底梁和傘骨形浮力支撐架共同保證光伏板的漂浮穩定性，由此實現了波浪能與太陽能的互補發電，以及平臺自身的消波功能。
6、作為優選，由多個浮管節段依次串聯而成的竹節式浮管結構的形狀為正多邊形結構，所述正多邊形結構為正六邊形、正八邊形或正十二邊形結構中的一種，相鄰浮管節段之間的水平夾角由多邊形的內角決定，使整個竹節式浮管結構在水平面內近似于圓形。
7、在整個竹節式浮管結構在水平面內近似于圓形時，對任意方向波浪均具有良好的響應特性。
8、作為優選，所述擺板為實心鋼板或纖維增強復合材料板，擺板的寬度與對應的浮管節段長度相匹配，擺板與浮管節段的底面通過垂直焊接、一體成型或高強度螺栓連接的方式剛性固定；擺板的表面為無孔實心結構，以保持最大的波浪推力接收面積，最大化波浪能的俘獲效率。
9、作為優選，所述光伏板為呈對稱的屋脊狀傾斜設置，傾斜角度與設置區域的維度以及光照條件適配。
10、作為優選，所述發電機構包括有活塞、連桿、活塞環、擋圈和發電機，所述連桿的一端與曲軸連接，另一端連接有活塞，所述活塞環和擋圈設置在活塞上，活塞與發電機耦合，在發電機內做活塞運動。
11、連桿連接曲軸后向活塞輸入上下往復運動的動力，活塞環和擋圈的設置用于密封和防止潤滑油泄露。
12、作為優選，還包括有密封外殼，所述密封外殼包裹發電機構以及曲軸，所述密封外殼與兩側的浮管節段通過密封圈和法蘭密閉連接。
13、密封外殼的設置能夠防止海水滲入，提高發電機構的整體工作壽命。
14、作為優選，所述萬向節為十字軸式萬向節或球籠式萬向節，萬向節的兩端分別通過法蘭或焊接方式與浮管節段以及曲軸連接。
15、萬向節的設置能夠使相鄰浮管節段之間在波浪作用下發生相對俯仰運動和水平搖擺運動，并將相鄰浮管節段之間的相對旋轉運動：主要是俯仰運動分量，傳遞出去，同時不限制各浮管節段及其擺板隨波浪的自由擺動。
16、作為優選，所述浮管節段內設置有防沉材料，所述防沉材料為閉孔泡沫塑料或輕質混凝土，所述防沉材料的密度小于海水密度，以注塑、灌注或填充方式充滿浮管節段的整個內部空腔。
17、作為優選，所述矩形梁整體呈長方形，內部由多個長方形網格組成，任意長方形網格中設有一條對角梁，相鄰長方形網格中的對角梁首尾相連，形成連續的三角形桁架體系，所述矩形梁底部的下弦桿處連接有浮力底梁，所述浮力底梁與矩形梁底部的下弦桿同軸且直徑大于下弦桿；所述傘骨形浮力支撐架中的桿件交匯于中心原點，呈傘骨狀放射分布。
18、矩形梁形成連續的三角形桁架體系能夠保證結構剛度并減輕重量，浮力底梁用于提供浮力，輻射狀桿件用于進一步穩定光伏板并分擔浮力。
19、作為優選，所述發電機構、pto和傘骨形浮力支撐架中的桿件的數量一一對應，所述pto的一端連接發電機構，另一端連接桿件。
20、多個pto協同工作，不僅產生附加電能，還協同維持光伏板的空間平衡與穩定，無需額外的主動控制系統。
21、有益效果：與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點：
22、1、本發明將擺板與浮管節段剛性連接，利用相鄰浮管節段在波浪作用下的相對旋轉，通過萬向節-曲軸-活塞機構直接驅動發電機發電，取消了傳統擺式波浪能裝置中必不可少的鉸接、連桿、液壓系統等水下活動部件，大大減少了海水腐蝕、密封失效和生物附著風險，顯著提高了波浪能發電裝置的可靠性和使用壽命；
23、2、本發明中波浪能的能量傳遞路徑極短，相鄰浮管節段的相對旋轉直接通過萬向節傳遞給曲軸，曲軸帶動活塞往復運動，活塞與發電機直接耦合，無需經過液壓油路或齒輪齒條等中間傳動環節，有效降低了機械摩擦和能量耗散，從而提高了波浪能到電能的整體轉換效率；
24、3、本發明采用竹節式分段浮管結構配合下方剛性擺板的阻尼作用，使平臺自身具備良好的波浪順應性和消波能力，能夠有效消減外部波浪能量，使浮管圍合的內部區域形成平穩無浪的水域，為光伏發電單元提供了無波浪擾動的穩定工作環境，避免了光伏板因晃動而導致的發電效率下降和結構疲勞；
25、4、本發明在每個密封外殼上伸出一個pto，一端連接密封外殼，另一端連接傘骨形支撐架，當浮管節段隨波浪運動而內部光伏板保持平穩時，兩者之間的相對運動驅動pto發電，實現了波浪能的多級俘獲與利用；多個pto共同工作，不僅產生附加電能，還協同維持光伏板的空間平衡與穩定，無需額外的主動控制系統；
26、5、本發明的中的光伏板采用人字形屋脊狀布置，下方設有矩形梁、浮力底梁和傘骨形浮力支撐架，浮力底梁與矩形梁的下弦桿同軸且直徑更大，提供附加浮力；傘骨形輻射桿件交匯于中心原點，有效增強了光伏板的抗傾覆能力和漂浮穩定性，即使在波浪擾動下也能保持光伏板的最佳采光姿態；
27、6、本發明在每個浮管節段內部填充閉孔泡沫塑料或輕質混凝土等低密度防沉材料，即使浮管節段外殼因碰撞或疲勞意外破損，防沉材料仍能提供足夠的正浮力，防止平臺沉沒，保證了平臺在惡劣海況下的生存能力和資產安全，具有高安全冗余；
28、7、本發明的多個浮管節段可根據海域條件靈活圍合成多種正多邊形結構；桁架式的光伏板支撐結構高度可調，便于適應不同緯度下的最佳傾角，進一步增強了平臺的環境適應性和模塊化部署能力。