Quarzsandtiegel stellen neuen Solarengpass für 2023 dar

Diese Woche sank der Preis für Polysilizium um 5 % auf 30 US-Dollar pro Kilogramm, also etwa 80 US-Dollar pro kW, wie aus der Preisaktualisierung der Silicon Industry Branch vom Mittwoch hervorgeht. Im Gegensatz dazu stiegen die Waferpreise in einer Preisaktualisierung von LONGi vom 3. März um 4 %, und in dieser Woche war Polysilizium um etwas mehr als 1 % gesunken. LONGi führte den Anstieg der Waferpreise auf einen Mangel an hochreinen Quarztiegeln zurück, die im Czochralski-Prozess verwendet und verbraucht werden, der Polysilizium in Barren verwandelt, die zum Schneiden in Wafer bereit sind.

Bereits im Jahr 2022 kam es zu steilen Preissteigerungen bei Tiegeln, wobei sich der Aktienkurs des größten chinesischen Herstellers von April bis Juli verdreifachte, allerdings stand dies bisher stets im Schatten des Polysilicium-Engpasses.

Im November erreichte der Tiegelpreis 1.700 US-Dollar pro Artikel, das Dreifache des Wertes von 12 Monaten zuvor, und letzte Woche erreichte der Tiegelpreis 2.800 US-Dollar, was einem Anstieg von 25 % gegenüber dem Vormonat entspricht. Shanghai Nonferrous Metals berichtet, dass der zur Herstellung dieser Tiegel verwendete hochreine Quarz innerhalb einer Woche um 50 % auf 10.800 US-Dollar pro Tonne stieg. Geht man davon aus, dass für die Herstellung von Tiegeln derzeit 100 Kilogramm Sand benötigt werden – Tendenz zu größeren Größen – bedeutet das, dass Quarzsand, der ebenfalls knapp ist, inzwischen 36 % des Tiegelpreises ausmacht.

Für die Herstellung von 1 GW Barren werden etwa 2.640 Tiegel benötigt (laut einer später in diesem Artikel erwähnten Quelle), was bedeutet, dass man derzeit 7,4 Millionen US-Dollar für Tiegel zur Herstellung von 1 GW zahlt. Das sind 7 US-Dollar pro kW, was 2,8 % des Modulpreises und 0,7 % der Kosten eines Großprojekts entspricht.

Im Moment stellt dies also kein ernstes Problem dar, aber die Knappheit kann dazu führen, dass sehr hohe Preise verlangt werden, die aus 0,7 % mehrere Prozent machen oder einfach die weltweite Waferproduktion und damit die gesamte Branche einschränken.

Dieser Mangel an Tiegeln wird bis 2023 und ein oder zwei Jahre danach andauern, gemessen an der Bauzeit für neue Kapazitäten – wobei der Bau einer chinesischen Quarzsandfabrik voraussichtlich 36 Monate dauern wird, während andere Kapazitäten voraussichtlich 2023 und 2024 in Betrieb gehen werden .

Selbst eine schnelle Erweiterung der Produktionskapazität wird mit Hunderten von GW zusätzlicher latenter Nachfrage einhergehen. Ein LONGi-Vertreter sagte einem Reporter der Securities Daily, dass eine gewisse Erleichterung dadurch erzielt werden könne, einfach Tiegel von geringerer Qualität zu verwenden, deren Produktionskapazität schneller erweitert werden könne, und diese Tiegel von geringerer Qualität doppelt so häufig auszutauschen. Eine weitere Problemumgehung besteht darin, den Trend zur Dickenreduzierung bei Wafern fortzusetzen. TCL Zhonghuan hat diese Woche sein Angebot auf einen Bereich bestehend aus 150 μm, 130 μm und 110 μm umgestellt.

Der Tiegel machte in der Vergangenheit weniger als 1 % der Kosten eines Moduls aus, während Polysilizium vor den Preiserhöhungen 2021 und 2022 10 % der Kosten ausmachte, was ihn auf 40 % erhöhte. Wenn man bedenkt, dass die Hersteller von Polysilizium gerne das Sechsfache ihrer Produktionskosten berechnet haben, könnten die Hersteller von Tiegeln nun sogar noch unverhältnismäßig höhere Preise verlangen, allerdings von einer viel niedrigeren Basis aus. Die größten Auswirkungen dürften nicht für Modulkäufer, sondern für Waferhersteller zu verzeichnen sein, da große Unternehmen in der Lage sind, sich erschwingliche Lieferungen zu sichern, während kleinere Unternehmen das Nachsehen haben. Der Wafer-Bereich der Lieferkette ist ohnehin schon recht konsolidiert.

Es ist zu beachten, dass die Versorgung mit diesen hochreinen Quarztiegeln nur ein kleines Fragment der Photovoltaik-Lieferkette ist, die China noch nicht entscheidend dominieren muss. Dafür gibt es zwei Gründe: zum einen eine technologische Hürde aufgrund der sehr hohen Reinheitsanforderungen, zum anderen die Abhängigkeit von bestimmten Vorkommen an hochreinem Quarz (HPQ), wobei der Großteil des weltweiten Angebots an Photovoltaiktiegeln aus der Fichte stammt Kiefernabbaugebiet in den USA, der Großteil des Rests stammt aus Indien.

Diese Abhängigkeit von einer kleinen Anzahl spezifischer Vorkommen weltweit würde das Wachstum der Solarindustrie gefährden, aber es ist möglich, gesprungene, unreine und verbrauchte Tiegel in frisches und reines Tiegelmaterial zu recyceln, anstatt sie wie derzeit üblich wegzuwerfen. Die Kosten für ein solches Recycling sind nicht hoch genug, um der 1.000-GW-Solarindustrie im Jahr 2030 im Wege zu stehen, aber es wird bisher kaum erwähnt und seine Einführung kann einige Zeit dauern, nachdem es als notwendig erachtet wird.

Laut einem im November von der Silicon Industry Branch veröffentlichten Artikel produzieren nur drei große Unternehmen – Unimin in den USA, TQC in Norwegen und Chinas Pacific Quartz – HPQ-Sand, der für Photovoltaiktiegel geeignet ist, wobei eine Vielzahl aufstrebender chinesischer Unternehmen einen kleineren Beitrag leisten – unter anderem die Flat Glass Group, die seit Beginn des Engpasses Hunderte Millionen Dollar in die Produktionskapazität investiert hat. Dem Artikel zufolge sollten diese Unternehmen im Jahr 2022 voraussichtlich 55.000 Tonnen Quarzsand produzieren, obwohl die Endmenge bei 62.000 lag.

Der in Tiegeln verwendete Quarzsand muss eine Reinheit von 4N5 haben, also 99,995 %. Für die 3N-Reinheit gibt es Millionen Tonnen Produktionskapazität, aber die Reinheit ist nicht ausreichend. Am anderen Ende der Skala befindet sich der noch reinere synthetische Quarzsand, der von der Elektronikindustrie verwendet wird. Dieser ist jedoch sowohl teurer als auch unter der 1.400 °C-Temperatur des Czochralski-Verfahrens möglicherweise weniger haltbar und schneller verbraucht verschärfen die Kostenfrage. Für die Innenseite des Tiegels, die mit Polysilizium in Kontakt steht, ist eine etwas höhere Reinheit von 99,998 % erforderlich, was dazu geführt hat, dass für diesen Tiegelbereich westliche Importe verwendet werden, während für die Außen- und Mittelteile chinesische Produkte verwendet werden.

In dem Artikel der Silicon Industry Branch heißt es weiter, dass die Produktion von 1 GW Solarwafern im Laufe eines Jahres 88 ständig laufende Czochralski-Öfen erfordert, wobei die Tiegel alle 12 Tage ausgetauscht werden, sodass pro Ofen und Jahr 30 Tiegel verbraucht werden Jeder Tiegel wiegt 90 Kilogramm – 90 Kilogramm HPQ-Bedarf.

Wenn wir die relevanten Zahlen aus diesem Satz mit einer erwarteten Wafer-Nachfrage von 500 GW in diesem Jahr multiplizieren, erhalten wir im Jahr 2023 eine Nachfrage nach Quarzsand von 119.000 Tonnen, verglichen mit einer Produktion von 62.000 im Jahr 2022 und einer Produktionskapazität von 100.000 Tonnen ab August 2022 an eine andere chinesische Branchenmedienquelle. Unsere Nachfrageschätzung liegt also bei 119.000 Tonnen, während eine andere Prognose einer chinesischen Agentur von einer Nachfrage von 93.000 Tonnen und einem Defizit von 12.000 bis 17.000 Tonnen ausgeht, so dass sie im Jahr 2023 nur mit einer Produktion von 76.000 bis 81.000 Tonnen rechnen.

Die Waferproduktion stieg im Februar um 15 % auf 36,4 GW, was auf Jahresbasis 436,8 GW entspricht. Dies ist jedoch ein absolutes Minimum für den Installationsbedarf im Jahr 2024.