Relais mit ESPHome: 12V selber steuern, 230V sicher lösen

Du willst mit ESPHome nicht nur Sensoren auslesen, sondern endlich auch Geräte steuern? Pumpen, Bewässerung, Beleuchtung? Dann kommst du um Relais nicht herum. Und genau hier wird es spannend, weil viele machen dabei einen entscheidenden Fehler.

In diesem Beitrag zeige ich dir den Unterschied zwischen 12V und 230V Steuerung, warum du bei Netzspannung bitte keine Relais selber zusammensteckst und wie du das Ganze trotzdem 100% lokal und ohne Cloud hinbekommst.

Was ist ein Relais und warum brauchst du eins?

Dein ESP32 arbeitet mit 3,3 Volt. Wenn du einen GPIO Pin auf High setzt, liegen dort 3,3 Volt an. Das reicht für eine LED, aber definitiv nicht für eine Pumpe, einen Motor oder irgendwas, wo richtig Strom fließen muss.

Genau dafür gibt es Relais. Ein Relais ist im Grunde ein physikalischer Schalter, der durch eine kleine Spule gesteuert wird. Du gibst ein Signal vom ESP, die Spule zieht an und ein Kontakt wird umgelegt. Fertig. Dahinter kann dann ein komplett separater Stromkreis laufen.

Das Schöne daran: Du hast eine komplette galvanische Trennung. Dein ESP Schaltkreis und dein Verbraucher Schaltkreis sind physisch voneinander getrennt. Das ist ein großer Vorteil gegenüber einem MOSFET.

Relais vs. MOSFET: Was wann?

Kurz zur Einordnung, weil die Frage immer wieder kommt.

MOSFET ist dein Freund, wenn du schnell schalten willst. Wir reden hier von ein paar tausend Mal pro Sekunde. Das brauchst du zum Beispiel für LEDs, weil du die ja dimmst. Dimmen heißt: ganz schnell an und aus schalten per PWM. Zum Beispiel bei der LED Steuerung

Relais nimmst du, wenn du etwas hart ein und ausschalten willst. Eine Pumpe, ein Ventil, ein Magnetschloss. Da brauchst du kein schnelles Schalten, sondern einen robusten, zuverlässigen Schalter. Relais haben zwar einen gewissen Verschleiß, weil die Kontakte über die Zeit zusammenkleben können. Aber für unsere typischen Smart Home Anwendungen ist das absolut kein Problem.

NO und NC: Die Basics, die du kennen musst

Jedes Relais hat zwei wichtige Begriffe: NO (Normally Open) und NC (Normally Closed).

Normally Closed heißt: Ohne Strom auf der Spule sind diese beiden Kontakte verbunden. Da fließt Strom. Normally Open ist das Gegenteil: Ohne Strom ist der Kontakt offen.

Wenn du das mit einem Multimeter auf Durchgangsprüfung testest, piepst es bei NC und bei NO passiert nichts. Sobald die Spule Strom bekommt, wird umgeschaltet. Dann piepst es bei NO und NC ist offen.

Warum ist das wichtig? Weil du dir überlegen musst, was im Fehlerfall passieren soll. Wenn dein ESP abstürzt oder der Strom ausfällt: Soll die Pumpe dann laufen oder nicht? Je nachdem schließt du deinen Verbraucher an NO oder NC an.

Der Optokoppler: Warum gute Relaismodule ihn haben

Ein gutes Relaismodul hat einen Optokoppler verbaut. Was das ist? Stell dir eine ganz kleine LED vor, die im Inneren des Moduls sitzt. Dein ESP lässt diese LED leuchten. Und wenn sie leuchtet, wird auf der anderen Seite ein Durchgang hergestellt und das Relais zieht an.

Der Vorteil: Dein ESP ist nochmal zusätzlich geschützt. Kein direkter elektrischer Kontakt zwischen Steuerseite und Relaisseite. Achte beim Kauf also darauf, dass Optokoppler mit drauf sind. Die meisten vernünftigen Module von Amazon oder AliExpress haben die serienmäßig. Weil meistens die Relais ja mit 5V arbeiten, unser ESP aber eh nur 3.3V gibt brauchen wir eine Trennung, das macht der Optokoppler.

12V Steuerung: So machst du es mit ESPHome

Jetzt wird es konkret. Für alles, was mit Niederspannung läuft (5V, 12V, 24V), kannst du wunderbar mit einem klassischen Relaismodul und deinem ESP32 arbeiten.

Ein typisches Beispiel: Du willst eine 12V Gartenpumpe über Home Assistant steuern. Dafür brauchst du einen ESP32, ein Relaismodul (gibt es mit 2, 4, 6 oder 8 Kanälen), ein passendes Netzteil und ein paar Kabel.

Was du beim Relaismodul beachten musst

Es gibt Relaismodule mit unterschiedlichen Spulenspannungen. Die meisten arbeiten mit 5V, manche mit 12V. Das steht meistens direkt auf dem Relais drauf. Die Spulenspannung ist die Spannung, die du brauchst, damit das Relais überhaupt anzieht. Das ist unabhängig davon, welche Spannung du dahinter schalten willst.

Für den Einstieg empfehle ich dir ein 5V Relaismodul mit Optokoppler. Die sind breit verfügbar, günstig und funktionieren mit jedem ESP32 zuverlässig.

Das Invertierungsproblem

Und hier kommt etwas, worüber fast nie jemand spricht: Viele Relaismodule arbeiten invertiert. Das heißt, wenn dein GPIO Pin auf High geht (3,3V), geht das Relais aus. Und bei Low (0V) geht es an. Das ist genau andersherum als man denkt.

Das merkst du dann, wenn du in Home Assistant auf „An“ drückst und das Relais ausschaltet. In ESPHome gibt es dafür eine einfache Einstellung, mit der du das Verhalten invertieren kannst. Ein Boolean Wert, fertig.

Aber hier ist der entscheidende Punkt: Manche GPIO Pins am ESP32 sind beim Startvorgang kurz auf High. Das heißt, dein Relais klickt beim Booten einmal durch. Wenn dahinter eine Pumpe hängt, läuft die dann kurz an. Nicht ideal, vor allem bei einer Gartenbewässerung, wenn du nicht zu Hause bist.

Deswegen ist die Pin Auswahl wichtig. Nicht jeder GPIO eignet sich für Relais Steuerung.

Pin Belegung: Welche GPIOs für Relais?

Beim ESP32 kannst du für Relais gut die GPIOs 21, 22 und 23 nehmen. Die sind beim Startvorgang nicht auf High und eignen sich sauber als Output Pins. Finger weg von GPIO 0, 2 und 15, die haben beim Boot spezielle Funktionen und können dir das Relais ungewollt ansteuern.

Die Stromversorgung geht über VIN (5V) und GND. Dein Relaismodul bekommt VCC und GND vom selben 5V Netzteil, und die Signalleitungen (IN1, IN2, …) gehen auf deine gewählten GPIO Pins.

Der ESPHome Code: So sieht das Ganze aus

Hier ein Beispiel für zwei Relais, wie du sie zum Beispiel für eine Gartenbewässerung nutzen könntest:

switch:
  - platform: gpio
    name: "Pumpe 1"
    id: relais_1
    icon: "mdi:water-pump"
    pin:
      number: GPIO22
      inverted: true
    on_turn_on:
 #automatische abschaltung
      - delay: 300s
      - switch.turn_off: relais_1

  - platform: gpio
    name: "Pumpe 2"
    id: relais_2
    icon: "mdi:water-pump"
    pin:
      number: GPIO21
      inverted: true
 #automatische abschaltung
    on_turn_on:
      - delay: 300s
      - switch.turn_off: relais_2

Gucken wir uns das mal an. Unter switch definierst du einen GPIO Ausgang. platform: gpio sagt ESPHome, dass wir einen physischen Pin steuern. Der name ist das, was du nachher in Home Assistant siehst. Die id brauchst du, um das Relais intern anzusprechen, zum Beispiel beim automatischen Ausschalten.

Unter pin gibst du die GPIO Nummer an und ob das Signal invertiert werden muss. Und genau das inverted: true ist der Punkt, den du vorher wahrscheinlich nicht auf dem Schirm hattest. Wenn dein Relais beim Einschalten in Home Assistant ausgeht statt angeht, dann tausche hier einfach true und false.

Das on_turn_on mit delay und switch.turn_off ist der Sicherheitsmechanismus, den ich dir wirklich ans Herz lege. Dazu gleich mehr.

Sicherheitsmechanismus direkt auf dem ESP

Ein Feature, das ich dir wirklich ans Herz lege: Bau einen automatischen Abschalttimer direkt in deine ESPHome Konfiguration ein. Das heißt, du verlässt dich nicht darauf, dass Home Assistant das Relais nach einer bestimmten Zeit ausschaltet, sondern der ESP selbst macht das.

Stell dir vor, deine WLAN Verbindung bricht ab. Home Assistant kann den ESP nicht mehr erreichen. Ohne Sicherheitsmechanismus läuft deine Pumpe einfach weiter. Mit dem Timer auf dem ESP schaltet sie sich nach einer definierten Zeit automatisch ab. Das ist quasi ein Notfallschalter direkt auf der Hardware. Im Code oben siehst du das in Aktion: Nach 300 Sekunden (5 Minuten) schaltet sich das Relais automatisch ab, egal was Home Assistant gerade macht.

Im ESPHome Meisterkurs gehen wir dann noch tiefer rein: Welche Pins bei welchem ESP Board wirklich sicher sind, wie du mehrere Relais mit verschiedenen Timern kombinierst, wie du das Ganze verkabelst (inklusive Fritzing Schaltplan) und wie du Fehler systematisch debuggst, wenn mal was nicht funktioniert. Weil glaub mir, beim ersten Mal klickt meistens irgendwas nicht so wie erwartet.

230V: Bitte keine Relais selber zusammenstecken

Jetzt kommt der Teil, wo ich ganz klar sagen muss: Wenn du 230 Volt mit ESPHome steuern willst, dann bau dir bitte kein Relais selber zusammen.

Ja, technisch ist das möglich. Ja, es gibt Relais die 230V schalten können. Aber das ist kein Elektrokurs und ich bin kein Elektriker. Und selbst wenn du einer bist: Es gibt eine viel bessere Lösung.

Fertige Produkte: Shelly, Tasmota und Co.

Meine klare Empfehlung: Nimm fertige, zertifizierte Produkte. Die haben ein Gehäuse, die sind CE zertifiziert und du hast keinen Stress mit Netzspannung.

Es gibt zwei Ansätze, die ich persönlich nutze:

Shelly Relais eignen sich gut, wenn du auch Stromverbrauch messen willst. Die sind ab Werk kalibriert, haben einen sauberen Bluetooth bzw. WiFi Setup Prozess und sind technisch oft sehr kompakt. Was du aber wissen musst: Shellys sind standardmäßig in der Cloud. Du musst sie von Hand aus der Cloud nehmen. Das geht, ist aber ein extra Schritt.

Tasmota fähige Relais sind aus meiner Sicht die bessere Wahl, wenn es dir um 100% lokal geht. Hersteller wie NOUS verkaufen Relais und Smartplugs, die schon ab Werk Tasmota installiert haben. Das heißt: Keine Cloud drauf, keine App nötig. Du verbindest sie mit deinem WLAN und fertig.

Ich habe das am Anfang anders gemacht. Ich habe Shelly Steckdosen von Hand mit ESPHome überflasht. Aber irgendwann habe ich mir gedacht: Warum eigentlich? Tasmota funktioniert genauso gut, ist lokal, und an der Firmware ändert sich ja nichts. Die Geräte sind auch nicht im Internet erreichbar. Also warum den Aufwand?

Was steckt in so einem Smartplug drin?

Wenn man so ein Tasmota Teil aufmacht (Achtung, auf den Kondensatoren kann noch Spannung sein), dann findet man eine erstaunlich simple Platine. Ein kleiner ESP8266, ein Relais, ein Taster und ein paar Lötstellen. Das war es. Und genau das macht die Dinger so zuverlässig.

Thread und Zigbee als Alternative

Es gibt die gleichen Smartplugs auch mit Thread oder Zigbee statt WiFi. Auch eine richtig gute Lösung. Du bist damit genauso 100% lokal, brauchst keine Hersteller App und kannst sie direkt mit deinem Zigbee Coordinator oder Thread Border Router verbinden. Ich habe davon einige in Unterputz Steckdosen verbaut.

Mein Setup zu Hause

Bei mir steuere ich damit einiges. Im Garten zum Beispiel die Pumpe über eine Outdoor Tasmota Steckdose. Oder wenn ich im Haus ein 230V Netzteil grundsätzlich an und ausschalten will. Ich habe verschiedene Hersteller im Einsatz, NOUS, Shelly, und noch ein paar andere, um wirklich verschiedene zu testen. Und das Ergebnis: Du bist auf der sicheren Seite und hast keinen Stress mit 230V.

Zusammenfassung: Wann was nutzen

12V/24V Steuerung (Pumpen, Ventile, Motoren): Relaismodul mit Optokoppler an deinem ESP32. Du verdrahtest das selbst, schreibst den ESPHome Code und steuerst alles über Home Assistant. Achte auf die richtige Pin Auswahl, Invertierung und bau einen Sicherheitstimer ein.

230V Steuerung (Steckdosen, Licht, Netzspannung): Nimm fertige, zertifizierte Smartplugs oder Relais mit Tasmota, Shelly oder Zigbee/Thread. Kein Eigenbau. Die Geräte sind zertifiziert, haben ein Gehäuse und du brauchst nicht an Netzspannung rumzubasteln.

Schnelles Schalten (LEDs dimmen, PWM): Hier ist ein MOSFET die bessere Wahl. Relais sind dafür zu langsam.

Du willst das Ganze Schritt für Schritt umsetzen?

Im ESPHome Meisterkurs bauen wir gemeinsam ein komplettes Relais Projekt auf. Vom Code über die Verkabelung bis zur fertigen Steuerung in Home Assistant. Inklusive Live Debugging, Schaltplänen und einem Sicherheitsmechanismus, damit dein Garten nicht unter Wasser steht.

Und wenn du schon den Meisterkurs gemacht hast und tiefer einsteigen willst: In der Macherwerkstatt machen wir regelmäßig Live Sessions zu genau solchen Themen.

Dein Alex Kly