Nur um mal ein paar Stichworte zu nennen:

- MPP Maximum Power Point (Tracking). Die Spannung der Solarzelle wird nur so stark belastet, dass sie auf den optimale Wert zusammenbricht (12V). Man möchte ja die maximale Leistung herausbekommen, und Leistung ist P = U * I. P wird also maximal, wenn Produkt aus Spannung und Stromstärke maximale ist. Wie bei einem Rechteck sollten diese sich dann ungefähr die Waage halten. U darf also nicht sehr klein werden, genau so wie I.
In der Tat ist es so, dass das Solarmodul bei Kurzschluss (U sehr klein) kaum Leistung liefern kann. Umgekehrt liefert das Solarmodul im Leerlauf auch nicht genug Energie, weil die Spannung zwar sehr hoch ist, der Strom aber sehr klein. Wenn also genau 12V angegeben sind, dann versucht man die Belastung so zu halten, dass genau 12V auf der Eingangsseite anliegen.

- Dafür braucht man natürlich einen Spannungswandler. Die Topologie ist dabei relativ egal, man soll das nehmen, was den höchsten Wirkungsgrad hat. Einfach wäre es also, eine höhere Solarzellenspannung zu haben, als der Verbraucher. Bei deinem 12V Bleiakku bräuchtest du also eine höhere Eingangsspannung also die maximale Ladeschlussspannung (14.8V) die erreicht werden soll. Du könntest dann einen buck converter verwenden. Ein converter hätte den weiteren Vorteil, dass du evtl. keine Rückflußdiode mehr brauchst. Du kannst natürlich auch einen boost-converter, oder buck-boost-converter verwenden. Bei diesen beiden hast du aber den Nachteil des höheren Spulenstroms.

- Ladespannung vom Akku: Bleiakkus werden wie Lithium-ionen Akkus nach CC-CV geladen. CC = constant current, CV = constant Voltage. Will heißen, dass erst der Strom beschränkt wird, und anschließend die Spannung. Die Daten sollten auf deinem Akku draustehen.
Um eine Strombeschränkung wirst du dir bei 4W Leistung wohl keine Gedanken machen müssen :P. Um die Spannung aber sehr wohl, weil diese im Leerlauf auf ~18V hochgehen kann. Dann gast der Akku und ein Bleigelakku verliert permament Kapazität dadurch. Übliche Kenndaten für die Gasungsspannung sind 14.4V bei 20°C. Die Gasungsspannung ist Temperaturabhängig, d.h. sie sinkt mit der Temperatur. Es sind ~-4mV/K. Bei 70°C Akkutemperatur darf die Spannung auf gar keinen Fall über U = 14.4V - 4mV*(70-20) = 14.20V steigen. Entscheidend sind aber die genauen Daten des Akkus, und von dieser SPannung sollte man etwas Abstand halten.
Die Spannungsbegrenzung macht entweder dein MPP-Regler oder etwas selbstgebautes à la LM317, LM200.

- Rückflußdiode: Wenn die Sonne (bzw. halogenlampe) nicht scheint, kann Strom durch das Solarpannel fließen. Es wirkt dabei als normale Diode. So werden die Panels übrigens auch getestet: Stromquelle dran und schauen ob das "Glühen" gleichmäßig ist. Da die Diode in Reihe mit dem Panel sitzt, sollte man keine Silizium-Diode verwenden, denn ihre Vorwärtsspannung ist ~V_f = 0.7V. Besser schottky, V_f=0.3V. Noch besser ein mosfet als verpolungsschutz (google), dann hat man kaum noch SPannungsabfall. Noch besser direkt den MPP verwenden.

- Leerlauf: Solarzellen dürfen meines Wissens nach nicht im Leerlauf betrieben werden. D.h. ab einer bestimmten Spannung muss die Leistung vernichtet werden, wenn sie nicht sinnvoll verwendet werden kann. Kann man z.B. mit LM431 machen, oder mit z-diode + Leistungstransistor.


EDIT:
@T.J.
Schau dir den Plan noch mal an und überleg dir, welche Spannung deine Zellen haben. Mit paralellschaltung erhöhst du die Stromstärke, mit Seriellschaltung die Spannung.

EDIT2:
Kommando zurück, ich habe mir die Daten des Solarmoduls angesehen. Sind ja 18V Nennspannung... Paralell ist also eigentlich in Ordnung. Probier mal den Strom mit nur einer Zelle zu meßen.