Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji secara eksperimental penyimpanan energi termal pada tangki Pemanas Air Tenaga Surya (PATS) yang di dalamnya berisi phase change material (PCM). Air sebagai fluida pemindah kalor (heat transfer fluid, HTF) dan paraffin wax digunakan bersamasama untuk menyimpan kalor di dalam tangki. Paraffin wax dimasukkan ke dalam sekumpulan kapsul berbentuk silinder dan disusun secara horisontal serta segaris. Kolektor sebagai pengumpul energi matahari dihubungkan dengan tangki PATS. Sistem PATS dihadapkan dengan matahari sehingga terjadi proses pemanasan (charging) dimana HTF dan PCM akan bertambah temperaturnya akibat transfer kalor dari air kolektor. Temperatur HTF dan PCM direkam selama proses charging. Data temperatur digunakan untuk menyelidiki penyimpanan energi termal di dalam tangki. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kapasitas penyimpanan energi termal total PATS terbesar adalah 4,8 MJ dan kontribusi dari penggunaan PCM adalah 44,28% selama waktu charging 340 menit. Selain itu, energi tersimpan kumulatif terbesar yang diperoleh selama proses charging adalah 3,97 MJ. Perbedaan antara kapasitas penyimpanan energi dan energi tersimpan kumulatif merupakan energi yang terbuang ke lingkungan. Berdasarkan hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa PCM telah berfungsi menyimpan energi termal di dalam tangki. Desain sistem isolasi TES perlu mendapat perhatian untuk meminimalisir rugi-rugi termal ke lingkungan.