石英砂行業(yè)市場分析

石英砂行業(yè)市場分析1、高純石英砂：石英坩堝核心原材料，2023年光伏產(chǎn)業(yè)鏈短板1.1、高純石英砂是光伏石英坩堝的主要原材料，成本占比90%以上高純石英砂一般是指二氧化硅含量高、三氧化鐵含量低的高端石英砂，是石英經(jīng)過粉碎、篩選、酸洗、水洗、煅燒等工藝制成的石英顆粒，主要用于光伏坩堝、電子元器件的絕緣材料等場景。光伏行業(yè)中，高純石英砂主要用于拉晶環(huán)節(jié)的石英坩堝，光伏石英坩堝使用的石英砂對純度和不同雜質含量均有要求，具體而言：純度方面，石英砂純度是影響石英坩堝品質的重要因素，尤其是與硅料直接接觸的內層。石英砂純度越低，在高溫熔制的過程中就越容易產(chǎn)生黑點氣泡，如果用在內層砂，長時間在高溫環(huán)境下石英坩堝內壁所含氣泡將受熱釋放，從而影響拉晶的穩(wěn)定性和良率，因此石英坩堝內層對石英砂的純度要求最高，對應價格也更高。雜質方面，石英坩堝對不同雜質含量都存在要求，例如：堿金屬雜質含量過高會促使坩堝析晶，使坩堝失透（也叫“析晶”）和變形；羥基含量過高會導致坩堝鼓包等。當前高純石英砂在石英坩堝中的成本占比超過90%，是石英坩堝的核心原材料。目前主流的32、36寸坩堝石英砂單耗分別約為90kg、110kg，參考當前石英坩堝廠內、中、外層砂占比分別為35%/35%/40%，內、中、外層高純石英砂含稅單價分別為7、12、20萬元，對應高純石英砂成本占比分別為92%、93%。1.2、高純石英砂、石英坩堝在硅片、組件中成本占比分別僅為3.5%、1.5%當前石英坩堝在硅片、組件成本中占比分別為3.5%、1.5%（按照32寸石英坩堝含稅價格1.5萬元/只），占比較低，但其質量可靠性在硅片拉晶關節(jié)至關重要，因此硅片廠、一體化組件廠對石英坩堝成本不敏感，石英坩堝、高純石英砂價格彈性較大。參考CPIA數(shù)據(jù)，2022年拉棒單爐投料量已經(jīng)達到3100kg，按照硅料價格23萬元/噸，對應單鍋硅料價值量在71.3萬元，石英坩堝承載的產(chǎn)品價值量極高。1.3、石英坩堝價格上漲、使用周期縮短對硅片成本影響較大，可能導致硅片企業(yè)成本分化1.3.1、使用壽命相同的情況下，石英坩堝含稅價格每漲1萬元，硅片成本增加1.6分/W當前32寸石英坩堝含稅價格約為1.5萬，對應石英坩堝在硅片中的成本約為2.3分/W，在相同的使用周期情況下，石英坩堝含稅價格每漲1萬元/只，對應硅片成本增加約1.6分/W。1.3.2、石英坩堝價格相同情況下，使用壽命從350h下降到200h，硅片成本漲價幅度在0-3.5分/W當石英坩堝的含稅價格在1.5-3萬元/只區(qū)間內時，同樣價格前提下，石英坩堝使用壽命從350h下降至200h將導致硅片單W成本增加0-3.5分/W。根據(jù)我們的測算結果，成本變化核心影響因素是單位時間內石英坩堝的成本，碳碳熱場、拉棒人工、拉棒設備等固定攤銷的影響非常小。當前石英坩堝使用壽命有縮短的趨勢，主要原因包括：（1）N型硅片純度要求提高，更換石英坩堝的頻率也加快，P型硅片石英坩堝適應時間通常在350-400小時，而N型硅片可能下降至200-300小時；（2）可用作坩堝內層的優(yōu)質高層石英砂供應緊張，部分坩堝內層砂占比大幅降低導致在P型硅片拉晶時使用壽命縮短到200-300個小時。石英坩堝壽命對硅片成本的影響主要通過石英坩堝、碳碳熱場、拉棒人工、拉棒設備成本體現(xiàn)，具體而言：石英坩堝在硅片中的單位成本主要與石英坩堝每小時壽命對應的價格相關，每小時的坩堝成本越高，對應硅片的單W成本越高，當坩堝含稅價格在1.5-3萬元/只區(qū)間內時，同一價格水平下、使用壽命的不同對硅片單W成本的影響在0-3.5分/W（場景1vs場景9），影響非常大。若石英坩坩堝壽命從350h下降至200h（下降幅度為43%），價格也同步下降43%，則硅片成本中石英坩堝的成本不會有變化，因為相同時間內石英坩堝產(chǎn)出的硅片數(shù)量一致，消耗的坩堝成本也一致；但若石英坩堝壽命下降同樣幅度，而價格不變，在當前石英坩堝含稅價格為1.5萬元/只的情形下，使用壽命短的坩堝，硅片單片、單W成本將分別增加0.13元/片、1.7分/W；另外，在相同前提下，若未來石英坩堝含稅價格翻倍至3萬元/只，壽命縮短帶來的成本差也會進一步擴大，硅片單片、單W成本將分別增加0.27元/片、3.5分/W。碳碳熱場、拉棒人工、拉棒設備在硅片中的單位成本主要和1年內更換石英坩堝的次數(shù)以及更換石英坩堝占用的時間相關，石英坩堝壽命越短，1年內更換次數(shù)越多，占用時間越長，單晶爐年產(chǎn)量越低，固定成本攤銷越高，因此若石英坩堝使用壽命從350h下降至200h，1年中的啟停爐次數(shù)將從22次增加至37次，假設停爐重啟耗時為40h，單晶爐年產(chǎn)量將從12.8MW下降至11.9GW，硅片碳碳熱場、拉棒人工、拉棒設備成本分別將增加0.4、0.4、0.7分/片，合計為1.4分/片，對應0.2分/W，影響非常小。1.3.3、若同時考慮石英坩堝價格上漲、壽命縮短，對硅片的影響最多可達6分/W假設石英坩堝成本從1.5萬元/只上漲至3萬元/只，同時壽命從350h下降至200h，預計石英坩堝對硅片單W成本的影響約為6分/W，這意味著對于硅片公司而言，石英砂和石英坩堝鎖定的量和價的水平差異，會導致各家硅片成本拉開較大的差距。2、高純石英砂需求：預計2023年需求約9.3萬噸，單耗是核心變量2.1、預計2023-2024年光伏行業(yè)高純石英砂需求量分別為9.3、13.1萬噸我們預計2023-2025年全球光伏硅片對應高純石英砂需求量分別為9.3、13.1、16.8萬噸，核心假設包括：（1）光伏裝機：預計2023-2025年全球光伏裝機規(guī)模分別為350、450、550GW，對應1.2容配比對應組件、硅片產(chǎn)量分別為440、565、691GW；（2）N型硅片產(chǎn)量：預計2023-2025年N型硅片產(chǎn)量分別為120、240、360GW，占比分別為27%、42%、52%；（3）石英砂單耗：假設P型、N型硅片生產(chǎn)的石英砂單耗分別為178、312噸/GW（分別假設使用時間為350、200小時）；2.2、硅片端提升拉晶效率能夠有效降低石英砂單耗，最多可以減少1.9萬噸石英砂需求影響高純石英砂需求的核心指標在于石英砂單耗，與石英坩堝的使用壽命與硅片拉晶的效率高度相關，通過微調坩堝使用周期、長晶速率、復投料時間、方棒成品率，我們預計2023年高純石英砂需求量可以從9.3萬噸下降到7.4萬噸，減少約1.9萬噸，具體而言：（1）延長單個石英坩堝的使用時長：若將P型、N型硅片生產(chǎn)的石英坩堝使用壽命從當前的350、200小時，提升25小時至375、225小時，預計2023年高純石英砂總需求量可以從9.3萬噸下降至8.5萬噸，減少約0.8萬噸；（2）提升長晶速率：若將拉晶速率從1.4mm/min提升至1.5mm/min，預計2023高純石英砂需求量可以從9.3萬噸下降至8.8萬噸，減少約0.5萬噸；（3）縮短復投料時間：若將復投料時間從25h下降3h到22h，預計2023年高純石英砂需求量可以從9.3萬噸下降至8.9萬噸，減少約0.4萬噸；（4）提升單晶硅方棒成品率：若將單晶硅方棒成品率從63%提升至66%，預計2023年高純石英砂需求量可以從9.3萬噸下降至8.9萬噸，減少約0.4萬噸；（5）若以上4個方法同時使用，則預計2023年高純石英砂需求量可以從9.3萬噸下降到7.4萬噸，減少約1.9萬噸。3、高純石英砂供需平衡分析3.1、高純石英砂生產(chǎn)壁壘較高，礦源和檢測、提純技術是難點高純石英砂在礦源和提純技術上具有較高的生產(chǎn)壁壘，因此常年以來我國均以進口為主。高純石英砂供應壁壘1：符合高純石英砂品質要求、品質穩(wěn)定、儲量大的礦源十分難找。對于高純石英砂制備而言，優(yōu)質的石英礦應該具備石英含量高、雜質容易被分離兩個特性。根據(jù)不同的成礦特性和理化特性，石英礦物可以分為巖漿巖型（花崗偉晶巖）、變質型（脈石英巖）、熱液型（石英巖）、沉積型（石英砂巖），其中，花崗偉晶巖和脈石英中的石英晶粒結晶粒度粗，易于單體解離，是中高端高純石英砂加工的理想原料。海外高純石英砂龍頭尤尼明（矽比科）、TQC以花崗偉晶巖為原料生產(chǎn)高純石英砂。礦床位于美國北卡羅來納州西部米切爾縣的斯普魯斯派恩鎮(zhèn)，礦床礦權由TQC和尤尼明持有，具有超過100年的悠久采礦歷史，在相當長的一段時間里是全球唯一的高純石英砂來源地，主產(chǎn)石英、長石、云母，石英含量30%左右，已經(jīng)探明的資源儲量超過1000萬噸。盡管花崗偉晶巖的石英含量相比脈石英巖（石英含量大于99%）不高，但是石英結晶粒度粗，磨礦后與脈石（脈石是礦石中有用礦物伴生的無用固體物質）可以完全解離，單體石英雜質含量極少，幾乎不含鎂鐵質礦物，并且礦石性質穩(wěn)定，因此非常適合用于高純石英砂的生產(chǎn)。全球范圍內高純石英原料礦床極為稀缺，很難找到第二個能與TQC、尤尼明持有的斯普魯斯派恩礦床媲美的礦床，因此國內企業(yè)主要使用脈石英作為高純石英砂原料，提純工藝難度更大。海外來看，高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、加拿大等6個國家，絕大部分以脈石英型為主，而非花崗偉晶巖；國內來看，我國雖然硅質資源豐富，但大部分都是普通的硅石礦，主要用在普通玻璃、石材和建筑用砂上，已經(jīng)探明的石英礦物中還沒有發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價值的大型花崗偉晶巖礦床，而是以石英巖（探明23.1億噸）、石英砂巖（探明15.5億噸）、脈石英巖（探明0.5億噸）這類品質較差的石英原料為主，使用類原料制備高純石英砂對提純工藝提出了更高的要求。高純石英砂供應壁壘2：提純技術，我國起步晚于歐美40年，并且由于海外技術封鎖+礦石品質不同，需要完全自研。高純石英砂的制備工藝一直被美歐等國家控制，并且嚴格保密，而我國高純石英砂制備技術研究起步比海外晚40年。歐美等發(fā)達國家在20世紀40年代就已經(jīng)開始研究使用低品位的石英礦經(jīng)提純制備高純石英砂，目前這些國家技術成熟、設備先進、生產(chǎn)的高品質石英砂質量穩(wěn)定；相比之下，我國直到20世紀80年代才開始進行高純石英砂的制備研究，由于技術限制，大部分廠商生產(chǎn)的石英砂只能達到中低端水平，高純石英砂主要通過進口。海外石英砂礦和國內石英砂礦品質不一樣，提純方案借鑒意義有限。TQC、尤尼明采用美國斯普魯斯派恩礦床的花崗偉晶巖為原料生產(chǎn)高純石英砂，該礦床石英含量僅30%，有云母、長石等伴生礦，而國內石英礦主要以石英巖、石英砂巖、脈石英巖為主，海外也暫未找到可供進口的與斯普魯斯派恩礦床類似的礦源，因此TQC、尤尼明現(xiàn)有的提純方案對國內供應商而言借鑒意義有限。我國石英礦雜質種類、賦存狀態(tài)記分布差異較大，也給提純造成很大困難。從提純流程來看，首先要對礦石質量進行判別、優(yōu)選，之后再根據(jù)石英礦中雜質賦存狀態(tài)選擇有針對性的加工技術，從而去除石英礦中的獨立礦物雜質、晶格雜質、包裹體雜質等，最終得到高純石英砂。但國內石英礦雜質種類、賦存狀態(tài)記分布差異較大，若經(jīng)常更換礦源，提純流程中的各項參數(shù)也要不斷調整，導致提純難度加大。3.2、投產(chǎn)節(jié)奏：海外擴產(chǎn)意愿不強，主要依靠國內龍頭，預計2023年產(chǎn)量約9.5萬噸目前全球高純石英砂主要的供應商包括尤尼明、TQC和石英股份，2022年3家供應商在國內光伏高純石英砂市場的市占率合計約為88%。目前高純石英砂擴產(chǎn)主要以國內石英股份為主，海外龍頭尤尼明、TQC擴產(chǎn)意愿不強，國內二線場盡管產(chǎn)能不少，但高品質的內層砂產(chǎn)量極少。預計2023-2024年全球光伏高純石英砂供應量分別為9.5、15.2萬噸，其中內層砂（只算尤尼明、TQC）供給量分別為2.8、3.2萬噸。海外供應商：尤尼明、TQC礦源集中且充足、提純技術領先，但擴產(chǎn)意愿不強。尤尼明和TQC共通持有美國北卡羅來納州西部米切爾縣的斯普魯斯派恩礦床，該礦床主要為花崗偉晶巖，已探明的資源儲量超過1000萬噸，礦源儲備充足，但石英含量只在30%左右（脈石英石英含量大于99%，但提純難度比花崗偉晶巖高），其余主要是云母、長石（伴生礦），而美國云母、長石近10年出口規(guī)模持續(xù)下降，單價也比較低，因此尤尼明、TQC不愿意增加開采規(guī)模。目前尤尼明、TQC每年高純石英砂產(chǎn)能合計約4.5-4.8萬噸/年，其中供應給光伏的部分大約在2.5-2.8萬噸/年左右，余下的主要給半導體行業(yè)。近期高純石英砂市場需求較好，尤尼明、TQC后續(xù)可能會適當擴產(chǎn)，新產(chǎn)能最快也要到2024年才能釋放。國內供應商：礦源分散，提純技術參差不齊，內資龍頭石英股份憑借資金、規(guī)模優(yōu)勢實現(xiàn)內層砂技術追趕，二線廠商則以外層砂供應為主。國內供應商中，目前只有石英股份的新產(chǎn)能可以供應少量內層砂，我們分析主要原因包括：（1）公司對全球礦源做了充分的調查：公司一直積極在全球范圍內找礦，最終在印度市場找到了合適的脈石英礦；（2）檢測、提純技術領先：脈石英礦雜質種類不盡相同，能做出的石英砂品質也不一樣，而公司能夠通過檢測技術識別出脈石英礦的品質并加以分類，將優(yōu)質的脈石英篩選出來用于制作高端高純石英砂；（3）采購規(guī)模大，買到優(yōu)質石英砂的概率也高，并且分散了風險：脈石英資源分布比較分散，并且以中小礦床為主，以印度市場為例，公司需要個每個礦床的礦主簽訂長協(xié)。在公司已經(jīng)挑選出優(yōu)質脈石英礦的前提下，只要簽約的脈石英礦足夠多，在眾多的脈石英礦中，發(fā)掘出適合生產(chǎn)內層砂的石英礦概率也就更大，即使個別礦源品質與此前檢測的結果有出入，影響也相對可控。我們預計石英股份2023年高純石英砂產(chǎn)量約5-6萬噸。國內二線供應商：在礦源儲備、檢測、提純技術水平方面參差不齊，主要以生產(chǎn)外層砂為主，總產(chǎn)能規(guī)模不小，但由于石英礦供應不穩(wěn)定，整體開工率較低，預計2023年高純石英砂合計產(chǎn)量在1.2萬噸左右。3.3、平衡表分析：預計2023年供應緊張，價格持續(xù)上漲，但不是硬缺口基于高純石英砂的供需情況，我們判斷2023-2024年石英砂供應都將比較緊張，但不是光伏產(chǎn)業(yè)鏈的硬缺口；考慮行業(yè)格局集中度，預計高純石英砂價格在未來幾年都會維持高位。在不考慮石英坩堝內外層的情況下：預計2023年供應緊平衡，2024年將得到緩解。2023年：全球光伏石英砂供給為9.5萬噸，需求為9.3萬噸，供需整體緊平衡，通過提升單個石英坩堝使用時長、場景速率、縮短復投料時間，能夠在一定程度上緩解高純石英砂的緊缺現(xiàn)狀。2024年：全球光伏石英砂供給為15.2萬噸，需求為13.1萬噸，供需緊張的局面將得到緩解。從石英坩堝內層用砂考慮，預計2023-2024年內層砂可能會分別出現(xiàn)0.4、0.9萬噸缺口，但通過略微降低石英坩堝單耗和內層砂占比能夠填補缺口。解決方案1：2023-2024年分別降低內層砂占比4.8、6.6pct。在石英砂單耗維持在P型硅片175噸/GW、N型硅片307噸/GW的前提下，2023-2024年石英坩堝內層砂占比分別從35%下降至30.2%、28.4%，可以將內層砂缺口填上；解決方案2：2023-2024年分別降低石英砂單耗13.7%-19%。在內層砂占比維持在35%的前提下，2023-2024年石英砂單耗分別下降13.7%、19%，可以將內層砂缺口填上，其中，下降19%對應上文提到的4種降單耗方法一起使用的場景，在可行范圍內；預計2023年高純石英砂價格、石英坩堝持續(xù)上漲，2024年價格繼續(xù)維持高位。截止2023年3月7日，石英股份內、中、外層石英砂價格已經(jīng)分別來到12、13、14萬元/噸，進口砂價格已經(jīng)來到20萬元/噸；2023年：考慮光伏高純石英砂供需比已經(jīng)來到105%、頭部硅片企業(yè)為了穩(wěn)固行業(yè)地位可能主動囤貨、石英坩堝在硅片、組件成本中占比分別僅為為3.5%、1.5%，占比較低，但其質量可靠性在硅片拉晶關節(jié)至關重要，我們判斷硅片廠、一體化組件廠對石英坩堝成本不敏感，石英坩堝、高純石英砂價格彈性較大，我們判斷2023年內高純石英砂價格可能持續(xù)上漲。2024年：隨著石英股份新產(chǎn)能釋放，預計高純石英砂供應緊張的情況能夠略微緩解，但考慮石英砂環(huán)節(jié)格局集中度極高（2022年TOP3市占率合計88%），行業(yè)龍頭議價能力較強，我們預計2024年高純石英砂價格依然將維持高位。3.4、合成石英砂：進口價格過高，國內量產(chǎn)還需要時間除了石英礦物深度提純以外，制備高純石英砂的方法還有使用含硅化合物（如SiCl4、CH3SiCl3和Na2SiO3等）化學合成，但這種方法原料成本高、能耗大、產(chǎn)量低、工藝復雜、設備要求高，且產(chǎn)品粒度太細容易團聚，目前尚難以大規(guī)模工業(yè)應用。合成石英價格較高且性能尚不能滿足合光伏石英坩堝要求，目前主要在半導體石英器件中。目前海外進口的合成石英價格已經(jīng)上升到50萬元/噸以上，價格極高；另外，由于合成石英中鋁含量較低，制作的石英坩堝耐高溫性相對較差，長時間在高溫環(huán)境中坩堝容易發(fā)生形變，不能滿足光伏硅片拉晶長時間高溫環(huán)境的使用需求。當前國內高純合成石英砂主要依靠進口，主要供應商包括美國康寧、德國賀利氏、本東曹株式會社，在國內市場市占率合計71.3%。國內合成石英砂生產(chǎn)企業(yè)包括菲利華、凱盛科技、江瀚新材等。4、投資分析我們判斷2023-2024年石英砂供應都將比較緊張，但不是光伏產(chǎn)業(yè)鏈的硬缺口。需求方面，我們預計2023-2025年全球光伏硅片對應高純石英砂需求量分別為9.3、13.1、16.8萬噸，通過延長單個石英坩堝的使用時長25個小時、提升拉晶速率0.1mm/min，縮短復投料時間3h，提升方棒成品率3pct，預計2023年光伏高純石英砂需求量最多可以減少1.9萬噸至7.4萬噸；供給方面，由于穩(wěn)定的礦源稀缺，檢測和提純技術壁壘較高，國內廠商擴產(chǎn)高純石英砂步履維艱，海外供應商尤尼明、TQC又考慮其石英礦有云母、長石這類低價伴生礦也對擴產(chǎn)較為慎重，最終擴產(chǎn)的壓力絕大部分落在了太平洋石英股份肩上。根據(jù)各家供應商擴產(chǎn)節(jié)奏，我們預計2023-2024年光伏高純石英砂產(chǎn)量分別為9.5、15.2萬噸；供需平衡分析：在不考慮石英坩堝內外層要求不同的前提下，預計2023年供應緊平衡，2024年將得到緩解；若進一步考慮石英坩堝內層用砂要求較高，必須使用尤尼明、TQC的進口砂，按照內層用砂占比在35%左右，預計2023-2024年內層砂分別會出現(xiàn)0.4、0.9萬噸缺口，則需要通過降低石英砂單耗或者內層砂占比來填補，具體而言，填補2023年缺口可以通過降低內層砂占比4