Komitmen Indonesia untuk mencapai Net Zero Emissions (NZE) pada 2060 mendorong dekarbonisasi mikrogrid berbasis diesel di pulau terpencil, di mana biaya bahan bakar tinggi dan keandalan menjadi tantangan. Pulau Sebira, pulau berpenghuni paling utara Jakarta, saat ini mengoperasikan sistem hibrid PV–baterai–diesel. Berdasarkan pengukuran lapangan tahun 2024, penelitian ini memodelkan aset eksisting menggunakan PVsyst untuk memperoleh profil energi PV yang akurat, kemudian melakukan optimasi teknis-ekonomi dengan HOMER Pro. Tiga skenario dianalisis: (i) sistem saat ini, (ii) ekspansi biaya optimal, dan (iii) fraksi energi terbarukan 100%. Konfigurasi optimal menambahkan PV ground-mounted 158,4 kWp, PV terapung 211,2 kWp, dan baterai Li-ion 1.325 kWh, menurunkan Levelized Cost of Energy (LCOE) menjadi Rp 4.879,36/kWh (turun 20% dibanding sistem eksisting), mengurangi konsumsi diesel ±141 kL/tahun, dan menekan emisi CO₂ ±372 ton/tahun serta memenuhi beban 833.872 kWh/tahun. Skenario 100% energi terbarukan secara teknis memungkinkan, tetapi memerlukan tambahan PV 1.425,6 kWp dan baterai 5.875 kWh, dengan LCOE meningkat menjadi Rp 10.938,06/kWh. Hasil penelitian ini menegaskan pentingnya pemodelan untuk pengembangan pembangkit hibrid untuk mencapai LCOE terendah serta memberikan panduan praktis pengembangan energi bersih di pulau kecil. Implikasi kebijakan menyoroti peran PV terapung saat lahan terbatas untuk pengembangan sistem hibrid eksisting.