Ein Load Relay beziehungsweise Lastrelais ist ein Relais, das zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers eingesetzt wird. Es ermöglicht einem Controller, einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einem EMS, elektrische Lasten abhängig von Messwerten, Zeitplänen und Betriebszuständen zu schalten.

Load Relay kurz zusammengefasst

• Ein Load Relay setzt ein elektrisches Steuersignal in einen definierten Schaltzustand um.
• Verbraucher können beispielsweise anhand des PV-Überschusses, des Netzbezugs, einer Lastgrenze oder des Ladezustands eines BESS geschaltet werden.
• Kleine Controller-Relais steuern leistungsstarke Verbraucher normalerweise nicht direkt, sondern über ein geeignetes Leistungsschütz.
• Die elektrische Auslegung und die Steuerlogik müssen zur Lastart, zur Schalthäufigkeit und zum gewünschten Verhalten bei einem Ausfall passen.

Wie funktioniert ein Load Relay?

Ein Steuersignal betätigt das Relais und öffnet oder schließt einen elektrischen Kontakt. Das Signal kann beispielsweise von einem Controller, einer SPS oder einem EMS ausgegeben werden. Die übergeordnete Steuerung wertet zuvor Messwerte und Betriebsbedingungen aus und entscheidet anhand einer definierten Logik, ob der angeschlossene Verbraucher aktiviert oder deaktiviert werden soll.

Bei messwertabhängigen Schaltungen werden häufig unterschiedliche Ein- und Ausschaltschwellen, Zeitverzögerungen sowie Mindestlauf- und Sperrzeiten verwendet. Diese Hysterese und zeitlichen Bedingungen verhindern, dass der Verbraucher bei schwankenden Messwerten ständig ein- und ausgeschaltet wird.

Relaiskontakte können als Normally Open (NO) oder Normally Closed (NC) ausgeführt sein. Ein NO-Kontakt ist im unbetätigten Zustand geöffnet, ein NC-Kontakt geschlossen. Welche Ausführung geeignet ist, hängt insbesondere davon ab, welchen Zustand der Verbraucher bei einem Ausfall der Steuerung oder Versorgungsspannung einnehmen soll.

Ein potenzialfreier Kontakt stellt einen Schaltkontakt bereit, ohne den Steuerstromkreis und den geschalteten Stromkreis elektrisch direkt miteinander zu verbinden. Der Kontakt liefert dabei normalerweise keine eigene Spannung. Eine externe Spannung beziehungsweise ein separater Steuerstromkreis ist erforderlich. Welche Spannungen geschaltet werden dürfen und welche Isolationsanforderungen erfüllt sind, ergibt sich aus den technischen Daten des jeweiligen Geräts. Ein potenzialfreier Kontakt darf daher nicht automatisch mit einer für jede Anwendung ausreichenden sicheren Trennung gleichgesetzt werden.

Ein kleiner Relaisausgang an einem Controller ist häufig nur für begrenzte Spannungen und Ströme ausgelegt. Bei leistungsstärkeren Verbrauchern schaltet das Relais deshalb lediglich die Spule eines Leistungsschützes, das den eigentlichen Laststrom übernimmt.

Wo werden Lastrelais eingesetzt?

In PV-Anlagen können verschiebbare Verbraucher bei verfügbarem PV-Überschuss automatisch zugeschaltet werden. Typische Beispiele sind Heizstäbe, Pumpen, Lüftungen, Kühlanlagen und bestimmte Ladeprozesse.

Bei einer Lastbegrenzung kann ein EMS weniger wichtige Verbraucher abschalten, bevor eine definierte Netzbezugs- oder Leistungsgrenze überschritten wird. Die Freigabe kann erneut erfolgen, sobald ausreichend Leistung verfügbar ist.

In Inselnetz- und Ersatzstromsystemen dienen Load Relays außerdem dem automatischen Lastabwurf. Nicht kritische Verbraucher werden dabei nach festgelegten Prioritäten getrennt, wenn die verfügbare Erzeugungs- oder Speicherleistung nicht ausreicht.

Weitere Schaltkriterien können Zeitpläne, Strompreise, Anlagenzustände oder der Ladezustand eines BESS sein.

Technische Grenzen und Voraussetzungen

Schaltspannung, maximaler Strom, Kontaktbelastbarkeit und zulässige Schaltzyklen müssen zur jeweiligen Anwendung passen. Dabei ist nicht nur die Nennleistung des Verbrauchers relevant. Motoren, Transformatoren und andere induktive Lasten können hohe Einschaltströme sowie Spannungsspitzen verursachen und Relaiskontakte stärker belasten.

Für häufige oder schnelle Schaltvorgänge können Halbleiterrelais oder andere leistungselektronische Lösungen besser geeignet sein. Zusätzlich müssen die vom Hersteller vorgegebenen Mindestlaufzeiten, Sperrzeiten und zulässigen Schalthäufigkeiten des Verbrauchers berücksichtigt werden.

Sicherheitsfunktionen, Motorschutz und elektrische Verriegelungen dürfen nicht ausschließlich von einer übergeordneten EMS-Logik abhängen. Erforderliche Schutzfunktionen müssen unabhängig und entsprechend der jeweiligen Anlage umgesetzt werden.

Ansteuerung von Load Relays mit EcoPhi

EcoPhi kann Load Relays beziehungsweise nachgeschaltete Leistungsschütze über geeignete digitale Ausgänge oder externe I/O-Module ansteuern. Auf diese Weise lassen sich Verbraucher beispielsweise bei PV-Überschuss zuschalten, zur Einhaltung einer Lastgrenze abschalten oder im Inselbetrieb nach Prioritäten verwalten.

Die konkrete Umsetzung hängt von der Schaltleistung, der Verbraucherart, den erforderlichen Sicherheitsverriegelungen sowie den verfügbaren Ein- und Ausgängen ab. Je nach Projekt können zusätzliche Komponenten, Schnittstellen oder Engineering-Leistungen erforderlich sein.

Fazit: Lasten gezielt schalten

Ein Load Relay verbindet die Steuerlogik eines Controllers oder EMS mit einem elektrischen Schaltkontakt. Dadurch lassen sich Verbraucher abhängig von Messwerten und Betriebszuständen automatisch ein- oder ausschalten. Für einen zuverlässigen Betrieb müssen die elektrische Auslegung, die Schaltlogik und das gewünschte Verhalten bei einem Ausfall projektspezifisch festgelegt werden.

Häufige Fragen zu Load Relays

Kann ein Controller-Relais einen Verbraucher direkt schalten?

Das hängt von der elektrischen Belastbarkeit des Relaisausgangs und den Eigenschaften des Verbrauchers ab. Bei höheren Leistungen oder hohen Einschaltströmen steuert das Controller-Relais normalerweise ein geeignetes Leistungsschütz an.

Was ist der Unterschied zwischen einem Relais und einem Leistungsschütz?

Beide Komponenten schalten elektrische Stromkreise. Leistungsschütze sind typischerweise für höhere Lastströme und das wiederholte Schalten industrieller Verbraucher ausgelegt. Ob ein Relais oder Leistungsschütz geeignet ist, hängt jedoch von der Lastart, der Schalthäufigkeit, der Gebrauchskategorie und der vorgesehenen elektrischen Lebensdauer ab.

Kann ein Load Relay die Leistung eines Verbrauchers stufenlos regeln?

Ein klassisches Load Relay kennt grundsätzlich nur die Zustände ein und aus. Für eine stufenlose Leistungsregelung werden eine geeignete Kommunikationsschnittstelle, ein Leistungssteller oder eine andere leistungselektronische Lösung benötigt.

Was passiert bei einem Ausfall der Steuerung?

Das Verhalten hängt von der Ausführung als NO- oder NC-Kontakt und von der elektrischen Schaltung ab. Der gewünschte sichere Zustand muss für jeden Verbraucher projektspezifisch festgelegt werden.