Какой метод / формат для хранения данных при редком использовании?
Чет я не понял - сейчас реализовано именно путем хранения и обработки массивов - храните данные в пхп? В файлах? или... Не понятно кароче.
Мне видится в любом случае бд(мускуль, как наиболее распространенный, например) с отдельными таблицами на ваши массивы, пхп неплох для такого в качестве бэкенда, если нужно что-то чтобы мегабыстро работало - кеш в редис. Это достаточно стандартная связка, не вижу смысла что-либо изобртать по новой.
SQLite3, по моему, идеальный для Вас вариант. Вернее, почти любой язык, в т.ч. PHP, + SQLite3. Его поддержка есть в PHP, Python и наверняка, почти во всём остальном.